Моделі та методи інформаційної технології адаптивного синтезу оптимальної технологічної схеми складання

До основних наукових результатів відносяться:

1. На основі аналізу сучасного стану проблеми підвищення ефективності функціонування автоматизованих систем, що використовуються CALS-технологією, підходів до її розв'язання, отриманих результатів і напрямків їх поліпшення, запропоновано концепцію росту рівня обґрунтованості рішень, що готуються в процесі функціонування „Підсистеми” АСТП СВ ІВК. Реалізація концепції забезпечується розробкою формальних засобів формування системного рішення у вигляді адаптованої до варіанта конструкції СТОС повної множини варіантів структур СТОС. Ця множина використовується на різних стадіях ЖЦ СТОС для постановки задач структурної оптимізації.

2. Розроблено методику реалізації запропонованої концепції для стадії виробництва ЖЦ СТОС. Методика полягає у послідовній реалізації системно-структурного і системно-функціонального аспектів системного підходу, що виражається в послідовній реалізації перетворень, що дозволяють спочатку на основі елементів конструкції СТОС і відношень серед них сформувати повну множину адаптованих варіантів структур СТОС і відповідних їм варіантів ТСС СТО, а потім за допомогою векторного критерію визначити кращий варіант ТСС СТО.

3. Для проведення структурних досліджень розроблено математичну модель СТОС і автоматизовану процедуру її формування. Математична модель зображується у вигляді кортежу, компонентами якого є множина елементів СТОС і відношення, які відображують обмежувальні зв'язки типу фіксоване та нефіксоване сполучення між елементами. Концепцією процедури передбачається віртуальне переміщення елементів СТОС у просторі складального креслення, що дозволяє виявити відношення типу фіксоване сполучення, які обумовлені контактом або проекцією поверхні елементу, що переміщується, на поверхні інших елементів СТОС. У процедурі використовуються інструментальні засоби AutoCAD 2000/2002, що забезпечує інтеграцію задач автоматизації конструкторської та технологічної підготовки складального виробництва.

4. Виявлено напрямок подальшого розвитку методів автоматизованого формування поелементних послідовностей розкладання - складання СТОС, що виражається у формалізації аналізу відношень між елементами СТОС в окремих координатних напрямках тривимірного простору і їх різних сполучень з урахуванням головних конструктивно-технологічних вимог - доступу та базування. Концепцією формалізації передбачається послідовне відділення (приєднання) як окремих елементів, так і їх сукупностей у тих координатних напрямках, в яких ці елементи не мають обмежувальних відношень типу фіксоване сполучення. Визначені комбінаторні об'єкти у вигляді перестановок, які реалізуються в межах одинадцяти типів вибірок із множини різних сполучень номерів таблиць з відношеннями між елементами СТОС. Аналіз відношень у таблицях, номера яких складають комбінаторні об'єкти, дозволяє отримати повну множину варіантів послідовностей розкладання - складання з урахуванням вимог доступу та базування.

5. На основі практичної реалізації фундаментального твердження про подвійний характер підсистем у системі й, виходячи з обмежувальних відношень типу фіксоване й нефіксоване сполучення серед елементів СТОС, сформульовано специфічний закон утворення підсистем СТОС. Цей закон полягає у тому, що деяке сполучення елементів СТОС виявляється підсистемою, коли, з одного боку, воно виявляється цілісним утворенням, яке задовольняє вимогам побудови систем, а, з іншого боку, до його состава не повинні включатися елементи, які обмежують при складанні доступ до місця установки іншим елементам і сполученням елементів, що не включаються до составу цього сполучення.

6. Розроблено комбінаторний метод формування генеральної множини підсистем СТОС, що містить усі підсистеми, утворення яких допускається відношеннями типу фіксоване й нефіксоване сполучення серед елементів конструкції СТОС. Метод складається з алгебрологічних правил утворення підсистем (FR), які є формалізованим виразом відповідної закономірності, а також із процедури породження перспективних сполучень, які могуть відповідати FR. Показано поліноміальний характер складності процедури, що визначає можливість її практичного використання.

7. Розроблено метод автоматизованого формування множини варіантів структур СТОС заданого типу й множини відповідних варіантів ТСС СТО з базовим елементом, що адаптовані до варіанту конструкції СТОС. Метод складається з : процедури розподілу підсистем вибірок із їх генеральної множини по рівнях ієрархії з урахуванням вимоги утворення структур заданого виду; процедури автоматизованого визначення базового елемента в підсистемах варіанта структури; процедури перетворення варіантів структури СТОС у варіант ТСС СТО з базовим елементом; теоретично обґрунтованих тверджень формування вибірок підсистем, згідно яких у вибірку включаються підсистеми, які мають оригінальні базові елементи і які задовольняють вимогам утворення структур СТОС заданого виду. Використання цих тверджень дозволяє синтезувати відмінні один від одного варіанти ТСС СТО.

8. На основі сітки Петрі та її модифікацій розроблено імітаційну модель процесу утворення СТОС по варіантах ТСС СТО. Модель, що основана на принципі прямого опису процесу, відображує такі його головні властивості, як паралельність, дискретність і асинхронність. Структурні властивості моделі й характеристики, отримані шляхом її виконання, дозволяють отримати оцінки тривалості процесу утворення й витрат ресурсів на його утворення. Розроблена автоматизована процедура утворення імітаційної моделі, необхідність якої обґрунтовується високою трудомісткістю утворення моделей для усіх варіантів ТСС СТО у ручному режимі.

9. Виявлено напрямок подальшого розвитку методів рішення дискретних багатокритеріальних задач структурної оптимізації, що виражається в отриманні розподілу дискретних альтернатів у вигляді варіантів ТСС СТО у просторі значень безрозмірних локальних критеріїв, які відображують оцінки довготривалості процесу утворення СТОС і витрат ресурсів на утворення процесу. Запропонована структуризація області розподілу альтернатив з урахуванням типу виробництва, що дозволяє суттєво скоротити перебір варіантів, що оцінюються за допомогою узагальненого критерію, якщо спочатку задати тип виробництва.

10. Створено схему взаємодії розроблених ІР і ІЗ ІТ адаптивного синтезу оптимальних ТСС СТО, що реалізується у процесі функціонування „Підсистеми” при відробленні СТОС на технологічність структури на стадії виробництва.

11. Практичне значення результатів дисертаційної роботи підтверджено актами про впровадження на машинобудівних і приладобудівних підприємствах: ВАТ „Харківський тракторний завод”, Харківський машинобудівний завод „ФЕД”, Державне підприємство „Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування”, Державне підприємство „Завод імені Малишева”, Державне науково-виробниче об'єднання „Комунар” а також довідкою про їхнє використання у навчальному процесі кафедри автоматизованих систем управління НТУ “ХПІ”.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Гамаюн И.П. Разработка имитационных моделей на основе сетей Петри: Учеб. пособие. Харьков: НТУ “ХПИ”, 2002. 143 с.

2. Гамаюн И.П. Эвристический алгоритм разборки-сборки сложной машиностроительной конструкции // Механіка та машинобудування. Харків, 1998. №1. С. 146-149.

3. Гамаюн И.П. Некоторые основы анализа структуры конструкции изделия // Вісник Харківського державного політехнічного університету. Харків: ХДПУ. 1999. № 35. С. 29-33.

4. Гамаюн И.П. Алгоритм выявления системных свойств в подмножествах элементов технической системы //Вісник Харківського державного політехнічного університету.Харків: ХДПУ. 1999. № 51. С. 3-6.

5. Гамаюн И.П. Разработка алгоритма сборки-разборки сложной технической системы на основе положения двойственности ее подсистем // Вісник Харківського державного політехнічного університету. Харків: ХДПУ. 1999. № 57. С. 20-24.

6. Гамаюн И.П. Постановка и решение задачи определения базовых элементов в подсистемах структурированного представления сложной технической системы // Вісник Харківського державного політехнічного університету Харків: ХДПУ. 1999. № 62. С. 81-85.

7. Гамаюн И.П. Метод синтеза подсистем сложной технической системы // Вісник Харківського державного політехнічного університету. Харків: ХДПУ. 1999. № 73. С .33-37.

8. Гамаюн И.П. Имитационное моделирование динамики технологического процесса сборки // Электронное моделирование. Киев, 2000. №1. С. 100-106.

9. Гамаюн И.П. Автоматизированный синтез структурированного представления сложной технической системы // Управляющие системы и машины. Киев, 2000. №1. С. 21-26.

10. Гамаюн И.П. Алгоритм формирования структурированного представления сложной технической системы //Вісник Харківського державного політехнічного університету. Харків: ХДПУ. 2000. № 93. С. 186-190.

11. Гамаюн И.П. Информационная модель системного объекта сборки // Вісник Харківського державного політехнічного університету. Харків: ХДПУ. 2000. № 99. С. 30-34.

12. Гамаюн И.П. Автоматизированный выбор базовых элементов в подсистемах структурированного представления системного объекта сборки // Вісник Харківського державного політехнічного університету. Харків: ХДПУ. 2000. № 121. С. 93-98.

13. Gamayun I. Method of solving the problem of forming the set of technological assembly scheme // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Харків: НТУ “ХПІ”. 2001. № 21. С. 49-63.

14. Гамаюн И.П. Математическая модель технологической схемы сборки и процедура ее построения // Радіоелектроніка, інформатика, управління. Запоріжжя, 2001. №2. С. 140-145.

15. Гамаюн И.П. Определение компромиссной альтернативы в одной задаче структурного синтеза // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. Харьков: НАКУ“ХАИ”, Торнадо. 2001. № 10. С. 3-10.

16. Гамаюн И.П. Критерии оптимальности для оценки технологической схемы сборки // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Харків: НТУ “ХПІ”. 2002. № 3. С. 142-151.

17. Гамаюн И.П. Определение связей типа фиксированное сопряжение в системных объектах сборки // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Харьков: НТУ “ХПИ”. 2002. №8 (Т.1). С. 35-42.

18. Гамаюн И.П. Концепция совершенствования подсистемы автоматизированного анализа конструкций собираемых изделий и отработки их на технологичность // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Харків: НТУ “ХПІ”. 2002. № 9 (Т.6). С. 133-138.

19. Гамаюн И.П. Методика построения генератора сложных дискретных объектов для автоматизации технологической подготовки сборки // Авіаційно-космічна техніка и технологія. Харків: НАКУ “ХАІ”. 2002. № 27. С. 217-224.

20. Гамаюн И.П. Комбинаторный алгоритм порождения множества подсистем системного объекта сборки // Управляющие машины и системы. Киев, 2002. №2. С. 12-19.

21. Гамаюн И.П., Борисевич О.В. Автоматизация процесса формирования математической модели системного технического объекта сборки // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Харків: НТУ “ХПІ”. 2003. № 7 (Т.1). С. 3-14.

Здобувачем розроблено процедуру виявлення відношень типу фіксоване сполучення, що обумовлюються контактом елементів, а також проекцією поверхні одного елемента на поверхню інших елементів.

22. Гамаюн И.П., Боровской В.Н. Метод автоматизированного формирования полного множества поэлементных последовательностей разборки-сборки технических систем // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Харьков: НТУ “ХПИ”. 2003. №6 (Т.1). С. 81-92.

Здобувачем визначено множину лексикографічно-упорядкованих сполучень індексів таблиць з відношеннями між елементами виробу, а також вибірки з цієї множини, на основі яких формується повна множина послідовностей розкладання-складання.

23. Гамаюн И.П., Ямшанов И.С. Многокритериальная оптимизация на множестве технологических схем сборки // Восточно-европейский журнал передовых технологий. Харьков, 2003. №4. С. 27-30.

Здобувачем сформульовано математичну постановку задачі багатокритеріальної оптимізації на дискретній множині варіантів технологічних схем складання, що формується алгоритмічно.

24. Гамаюн И.П., Ямшанов И.С. Характеристика методов синтеза подсистем системного технического объекта сборки // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Донецьк: Видавництво ДонНТУ. 2003. № 64. С. 156-165.

Здобувачем розроблено базовий метод синтезу підсистем технічного об'єкту складання, відносно якого реалізується оцінка інших методів.

25. Гамаюн И.П., Коваленко Е.С. Определение оптимального варианта технологической схемы сборки с учетом типа производства // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Харків: НТУ “ХПІ”. 2004. № 18. С. 19-24.

Здобувачем запропоновано структуризацію простору альтернатив на частини, які відповідають різним типам виробництва, в багатокритеріальній задачі визначення оптимальної технологічної схеми складання.

26. Гамаюн И.П. Метод синтеза технологической схемы сборки машиностроительной конструкции // Проблемы машиностроения и автоматизации. Москва, 1999. №2. С. 45-50.

27. Гамаюн И.П., Шандров Ц.И. Имитационное моделирование на базе сети Петри построения последовательностей формирования изделия в процессе сборки // Управление сложными технико-экономическими системами: Сб. науч. тр. НАН Украины. Киев: Ин-т кибернетики им. В.М.Глушкова, Науч. совет НАН Украины по пробл. “Кибернетика”, 1994. С. 16-19.

Здобувачем на базі звичайних сіток Петрі розроблено імітаційну модель процесу формування складного виробу з його структурних елементів.

28. Гамаюн И.П., Шандров Ц.И. Алгоритмическая топологическая модель конструкции изделия // Математическое и компьютерное моделирование в машиностроении: Сб. науч. тр. НАН Украины. Киев: Ин-т кибернетики им. В.М.Глушкова, Науч. совет НАН Украины по пробл. “Кибернетика”, 1994. С. 55-64.

Здобувачем формалізовано обмежувальні зв'язки типу фіксоване та нефіксоване сполучення між елементами конструкції складного виробу.

29. Гамаюн И.П., Шандров Ц.И. Моделирование процесса сборки на основе сетей Петри // Труды Междунар. конф. “Компьютер: наука, техника, технология, здоровье” Харьков, Мишкольц: ХПИ, МУ. 1993. Ч.1. С. 53-55.

Здобувачем розроблені моделі процесу складання виробів на основі модифікацій звичайних сіток Петрі.

30. Гамаюн И.П., Попович В.А., Шандров Ц.И. Программное обеспечение САПР технологической схемы сборки // Труды Междунар. конф. “Информационные технологии: наука, техника, технология, оборудование, здоровье Харьков: ХГПУ. 1995. Ч. 1. С. 22.

Здобувачем розроблено алгоритмічну основу для побудови програмного забезпечення САПР технологічних схем складання.

31. Гамаюн И.П. Автоматизация проектирования технологической схемы сборки сложной машиностроительной конструкции // Труды Междунар. конф. “Информационные технологии: наука, техника, технология, оборудование, здоровье”. Харьков, Мишкольц, Магдебург: Харьк. гос. политехн.ун-т, Мишкольц.ун-т, Магдебург.ун-т. 1997. Ч. 1. С. 196-198.

32. Гамаюн И.П. Алгоритм выявления системных свойств в подмножествах элементов технической системы // Праці Міжнар.конф. “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров`я”.Харків: ХДПУ. 1999. Ч.1. С. 15-19.

33. Гамаюн И.П. Системно-логическая модель выбора рационального варианта технологической схемы сборки // Праці Міжнародної конференції з управління “Автоматика 2000”. Львів: Державний HДI з інформаційної інфраструктури. 2000. Ч.1. С. 95-98.

34. Гамаюн И.П. Модели и методы подготовки принятия решения при выборе рациональной технологической схемы сборки // Праці Міжнародної конференції “Інтегровані комп`ютерні технології в машинобудуванні” (ІКТМ` 2001). Харків: ХАІ. 2001. С. 85.

35. Гамаюн И.П., Борисевич О.В. Використання засобів AutoCAD 2000(2002) для автоматизованого формування моделі системного технічного об`єкту складання // Праці міжнародної конференції “Інформаційні технології: наука техніка, технологія, освіта, здоров`я”. Харків: НТУ “ХПІ”. 2003. С. 13.

Здобувачем розроблено способи використання засобів AutoCAD 2000(2002) для виявлення відношень типу фіксоване сполучення між елементами складного виробу.

Анотація

Дисертацію присвячено проблемі підвищення ефективності функціонування автоматизованих систем і їх функціональних підсистем (ФП), що використовуються інформаційної технологією (ІТ) типу CALS для підготовки й прийняття системних рішень на стадіях життєвого циклу виробів машинобудування і приладобудування. Запропоновано концепцію вирішення цієї проблеми для ФП автоматизованого аналізу виробів і відроблення їх на технологічність, що входить до складу автоматизованої системи технологічної підготовки складального виробництва (АСТП СВ). Концепція полягає в підвищенні рівню обґрунтованості рішень з фактору “кількість альтернатив” при відробленні виробів, що складаються, на технологічність їх структури. Розроблено комплекс моделей та методів, що створюють інтелектуальну основу ІТ адаптивного синтезу оптимальної технологічної схеми складання. Цей комплекс дозволяє сформувати повну множину альтернативних варіантів технологічних схем складання виробів, а потім на цій множині визначити компромісну альтернативу. Основні результати знайшли промислове впровадження при удосконаленні АСТП СВ підприємств.

Ключові слова: інформаційна технологія, ефективність функціонування, обґрунтованість рішення, адаптивний синтез, структура, технологічна схема складання, компромісна альтернатива.

Аннотация

Гамаюн И.П. Модели и методы информационной технологии адаптивного синтеза оптимальной технологической схемы сборки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2005.

В диссертации рассматривается важная научно-практическая проблема повышения эффективности функционирования автоматизированных систем и их функциональных подсистем (ФП), используемых информационной технологией (ИТ) типа CALS для подготовки и принятия системных решений на стадиях жизненного цикла изделий машиностроения и приборостроения. Предложена концепция решения этой проблемы для ФП автоматизированного анализа конструкций изделий и отработки их на технологичность, входящей в состав автоматизированной системы технологической подготовки сборочного производства (АСТП СП) интегрированного производственного комплекса.

Концепция заключается в повышении уровня обоснованности решений по фактору “число альтернатив” в процессе отработки собираемых изделий на технологичность их структуры. Для реализации концепции разработан комплекс моделей и методов, составляющих интеллектуальную основу ИТ адаптивного синтеза оптимальной технологической схемы сборки (ТСС). Схема на стадии производства показывает порядок введения в сборочный процесс структурных элементов изделия и используется для отработки структуры на технологичность. ТСС отражает реализацию организационных принципов построения технологического процесса сборки: параллельность, пропорциональность и так далее, - что существенно влияет на такие показатели качества, как продолжительность процесса и затраты ресурсов на его создание. Оптимальность ТСС рассматривается с точки зрения векторного критерия, компонентами которого являются оценки указанных показателей.

Согласно последовательной реализации системно-структурного и системно-функционального аспектов методологии системного подхода, комплекс моделей и методов позволяет сначала получить генеральное множество подсистем собираемого изделия. Это множество далее используется для формирования полного множества альтернативных вариантов ТСС, на котором определяется оптимальный вариант с точки зрения обобщенного критерия в виде линейной функции от компонент векторного критерия.

Комплекс включает: математическую модель собираемого изделия; процедуру автоматизированного формирования поэлементных последовательностей разборки-сборки; комбинаторный метод формирования генерального множества подсистем собираемого изделия; метод формирования полного множества альтернатив вариантов структур собираемого изделия и соответствующих вариантов ТСС; метод определения оптимальной ТСС.

В математической модели отражен элементный состав и отношения между элементами, обусловленные ограничительными связями типа фиксированное и нефиксированное сопряжения, которые характерны для рассматриваемой конструкции собираемого изделия. Это придает реализуемому на основе математической модели синтезу оптимальной ТСС свойства адаптации к конструкции собираемого изделия.

В автоматизированной процедуре формирования поэлементных последовательностей разборки-сборки реализована концепция последовательного отделения (присоединения) как отдельных элементов, так и их совокупностей в тех координатных направлениях и их сочетаниях, в которых элементы не имеют связей типа фиксированное сопряжение. Получено полное множество поэлементных последовательностей сборки с учетом конструктивно-технологических требований доступа и базирования.

В методе формирования подсистем разработаны алгебрологические правила образования подсистем и процедура порождения перспективных сочетаний элементов изделия, проверяемых на соответствие правилам. Эти правила выражают специфический закон создания подсистем, который является практической реализацией фундаментального положения о двойственном характере подсистем в сложной системе.

В методе формирования полного множества альтернативных вариантов ТСС теоретически обоснованы положения формирования выборок подсистем из их генерального множества, разработаны процедура распределения подсистем выборок по уровням иерархии, что позволяет получить варианты структур, и процедура преобразования вариантов структур в варианты ТСС.

На основе сетей Петри и их модификаций разработана имитационная модель процесса образования изделия по вариантам ТСС. Структурные свойства модели и характеристики, получаемые путем ее выполнения, используются как оценки продолжительности процесса образования изделия и затрат ресурсов на создание этого процесса. Получено распределение альтернатив ТСС в пространстве преобразованных значений оценок. Предложена структуризация области распределения альтернатив с учетом типа производства, что позволяет существенно сократить перебор альтернатив, оцениваемых с помощью обобщенного критерия при определении компромиссной альтернативы.

Создана схема взаимодействия разработанных моделей и методов как информационных ресурсов и инструментальных средств ИТ адаптивного синтеза оптимальной ТСС в процессе функционирования рассматриваемой ФП.

Основные результаты нашли промышленное использование при совершенствовании АСТП СП предприятий машиностроения и приборостроения.

Ключевые слова: информационная технология, эффективность функционирования, обоснованность решения, адаптивный синтез, структура, технологическая схема сборки, компромиссная альтернатива.

Annotation

Gamayun I.P. Models and methods information technology of adaptive synthesis of optimal technological scheme of an assembly. - Manuscript.

Thesis for the Degree of Doctor of Technical Sciences in speciality 05.13.06 - automatic control systems and progressive information technologies. - National technical university “Kharkiv polytechnic institute”, Kharkiv, 2005.

The dissertation is devoted the problem of enhancing the efficiency of automated systems functioning and theirs functional subsystems (FS) which are used by information technology (IT) as CALS to prepare and make system decisions on stages of life cycle of machine building and instrument making industrial's products. It is suggested the conception to solve the problem for the FS of automated analysis of product's construction and to check them for processability, that is included into structure of automated system of technological preparing the assembly manufacture (ASTP AM). The concept is in increasing the level of justification of decision of “alternatives number” factor at manufacturing products, that are assembled, on processability of theirs structure. It is developed the complex of models and methods that form IT intellectual basis of adaptive synthesis of optimal technological scheme of assembly. This complex allows to create the full set of alternative technological schemes of products assembly and then basing this set to determine the compromise alternative. Main results were found the industrial application in enhancing ASTP AM of manufactures.

Key words: information technology, functioning efficiency, justification of decision, adaptive synthesis, structure, assembly technological scheme, compromise alternative.

Размещено на Allbest.ru