Разработка технологических процессов с использованием методов исскуственного интеллекта и мультимедийного пользовательского интерфейса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка технологических процессов с использованием методов исскуственного интеллекта и мультимедийного пользовательского интерфейса

Баркова Н.Н.

Основными процессами в машиностроении являются механическая обработка и сборка. В ходе технологической подготовки производства на каждую деталь разрабатывается технологический процесс ее обработки, а на каждую сборочную единицу разрабатывается технологический процесс ее сборки. Кроме этого, на предприятиях разрабатывают технологические процессы изготовления заготовок, термической обработки детали, покраски изделий и т.д.

В ходе технического прогресса требования к технологической подготовке производства изменились. На современных предприятиях значительное количество времени тратится на проектирование в целом и на разработку технологического процесса в частности. Связано данное обстоятельство с тем, что в условиях рынка производители продукции должны постоянно заниматься ее обновлением. Следовательно, количество модификаций изделий, производимых на предприятиях, постоянно увеличивается.

Упомянутые выше причины позволяют сделать вывод о необходимости автоматизации технологической подготовки производства. Существенным преимуществом подобных систем является выполнение рутинных процессов с помощью средств электронной обработки данных.

Применение автоматизации технологической подготовки производства может обеспечить [1]: сокращение трудоемкости технологической подготовки производства, сокращение сроков технологической подготовки производства, повышение качества разрабатываемых технологических процессов, оптимизацию затрат труда и средств для изготовления изделий.

Благодаря быстродействию средств электронной обработки данных появляется возможность исследования различных альтернативных решений и реализации процессов оптимизации. Кроме этого, в САПР ТП решается обобщенная оптимизационная задача - получение технологического процесса, имеющего минимальные затраты на производство единицы продукции.

В настоящее время на рынке программных продуктов наиболее распространенными являются следующие САПР ТП:

T-FLEX Технология, распространяется АО "Топ Системы";

КОМПАС-Автопроект-Технология, предлагаемая компанией АСКОН;

TechnologiCS, разработанная российской компанией Consistent Software.

Система T-FLEX Технология обеспечивает автоматизированную разработку маршрутной, маршрутно-операционной и операционной технологии. В данной системе реализованы следующие методы [2]:

диалоговое проектирование с использованием баз технологических данных;

проектирование на основе типового, группового процесса, процесса-аналога;

проектирование с использованием библиотеки технологических решений;

заимствование технологических решений из ранее разработанных технологий.

Проектирование можно вести в автоматическом, полуавтоматическом, диалоговом режиме или использовать их сочетание [1, 3]. САПР ТП T-FLEX/ТехноПро является самообучающей системой. При составлении технологического процесса специалист вносит правила выбора того или иного маршрута, операции, перехода, инструмента или другой составляющей. В дальнейшем они могут использоваться автоматически. При автоматическом проектировании реализуется метод анализа, основанный на групповых технологических процессах. Для каждой группы создается общий технологический процесс (ОПТ), содержащий перечень операций изготовления всех деталей группы. Затем технолог создает описание конструкции конкретной детали и ей назначается ОПТ. При создании конкретного технологического процесса (КТП) система выбирает из назначенного ОПТ операции и переходы, необходимые для изготовления каждого элемента конструкции детали, отбрасывая те, которые не обеспечивают лучшее качество изготовления.

В основу работы КОМПАС-Автопроект-Технология положен принцип заимствования технологических решений. В процессе эксплуатации системы накапливаются типовые, групповые, единичные технологии, унифицированные операции, планы обработки конструктивных элементов и поверхностей. При формировании технологического процесса пользователю предоставляется доступ к архивам и библиотекам, хранящим накопленные решения.

Автоматизированное проектирование технологических процессов осуществляется в следующих режимах [4]:

на основе техпроцесса-аналога с автоматическим выбором соответствующей технологии из архива по различным критериям, в том числе и по конструкторско-технологическому коду детали, что обеспечивает наиболее точный подбор;

с использованием типового техпроцесса;

с использованием библиотеки типовых технологических операций и переходов.

В состав САПР ТП КОМПАС-Автопроект включен специализированный модуль, предназначенный для проектирования и оптимизации параметров технологической размерной структуры при разработке техпроцессов механической обработки деталей. Модуль позволяет проводить проектные и поверочные расчеты: операционных размеров, отклонений операционных размеров, отклонений расположения поверхностей, колебаний припусков. Целью расчетов является обеспечение конструкторских размеров и допусков расположения поверхностей, а также требуемых операционных припусков. Модуль позволяет вести расчет деталей любой конфигурации и сложности. По результатам расчета модуль автоматически вносит изменения в текст технологического процесса, которые впоследствии можно отредактировать по данным поверочных расчетов.

В САПР ТП TechnologiCS технологический процесс - сквозной [5]. Однако пользователь может работать как со сквозной технологией, так и с ее фрагментом, относящимся к определенному цеху. Степень детальности технологического процесса не регламентирована и определяется только требованиями предприятия.

TechnologiCS предполагает следующие методы проектирования [5]:

в диалоговом режиме с использованием стандартных справочников операций, оборудования, инструмента;

по аналогу, с заимствованием ранее разработанных технологических процессов и их последующей полной или частичной корректировкой;

в автоматическом режиме на основании технологического процесса комплексной детали;

из стандартных параметризированных фрагментов техпроцесса.

Дополнительно, по желанию пользователя, можно настроить специальные функции для автоматизации и проверки корректности подбора оборудования, инструмента и т.д.

В САПР ТП TechnologiCS используется понятие комплексной детали. При составлении технологического процесса пользователь выбирает соответствующую комплексную деталь. Затем технолог вносит наличие или характеристики конструктивных элементов, присущих конкретной детали. Меню выбора конструктивных элементов система строит автоматически, исходя из параметров комплексной детали. На практике таких элементов может быть достаточно много и часто они связаны между собой. С учетом этого предусмотрено представление всех признаков в виде дерева, которое позволяет наглядно увидеть конструктивные элементы, подчиненные элементы и параметры, детализирующие их описание.

Автоматизированное составление технологических процессов в выше представленных САПР ТП ведется при помощи большого числа справочников и классификаторов: инструмента, оснастки, материалов, оборудования и т.д. Все системы снабжены базами данных, содержащими расчеты трудоемкости, режимов обработки, расхода материалов.

Кроме описанных методов и режимов проектирования, все вышеуказанные системы предполагают после составления техпроцесса автоматическое создание комплекта технологической документации по ГОСТ и ЕСТД. При необходимости пользователь может самостоятельно создать новые формы документов, в том числе и по требованиям стандарта предприятия. технологический интерфейс деталь

В описанных выше САПР ТП технологическим процессам сборки не уделено должного внимания. Сборочные работы являются завершающим этапом изготовления машин и оборудования, которые в значительной степени определяют их качество, т.е. заданные выходные параметры, надежность, долговечность и т.д. Трудоемкость сборочных работ достигает 50 % от общей трудоемкости производства машин [6]. Любой технологический процесс складывается из ряда переходов, заключающихся в соединении сопрягаемых сборочных единиц и деталей путем приведения в соприкосновение основных баз присоединяемой сборочной единицы или детали со вспомогательными базами сборочной единицы, к которой они присоединяются [7]. Несмотря на то, что последовательность сборки машин разного назначения в основном зависит от специфики их конструкций, можно выделить некоторые общие положения, например:

При наличии параллельно связанных размерных цепей их построение следует начинать с установки деталей, размеры которых являются общими звеньями.

При сборке сборочной единицы последовательность установки деталей должна быть таковой, чтобы ранее смонтированные детали не мешали установке последующих деталей.

Необходимо стремиться к тому, чтобы в процессе сборки были минимальными частичные разборки сборочных единиц.

Последовательность сборки машины и ее сборочных единиц должна соответствовать избранным виду и форме организации производственного процесса.

Учитывая вышеизложенное, можно говорить о том, что технологический процесс сборки представляет собой некоторый план. Следовательно, для решения данной задачи применимы методы планирования искусственного интеллекта. Как отмечается в [8], планирование - это нахождение способа достижения цели при заданных возможностях. План определяет, как достичь цели при наличии определенных механизмов воздействия. При составлении плана можно сразу ставить задачу оптимизации решения по некоторому критерию или множеству критериев.

Программное средство, осуществляющее решение задачи планирования, называется планировщиком. Наиболее известным планировщиком является STRIPS [9]. Его авторы отходят от ситуационного исчисления, основанного на математической логике, и вводят понятие состояния. Таким образом, они предложили моделировать изменения в мире, как переходы из одного состояния в другое. Однако STRIPS имеет свои недостатки, поэтому в 1998 году появляется язык PDDL [10] в ответ на потребность разработки единого языка для всех планировщиков. PDDL предназначен для описания "физики" домена, т.е. того, какие предикаты бывают, какие действия возможны, какова структура составных действий и каковы эффекты действий.

Учитывая выше сказанное, а также то, что рассмотренные выше САПР ТП предлагают разрабатывать технологические процессы сборки в режиме диалога, одним из направлений дальнейшего исследования предполагается применение методов планирования искусственного интеллекта для автоматического составления технологических процессов сборки.

Сборка - это не только совокупность операций по установке деталей в сборочное положение и соединение их в сборочные единицы в определенной технологической последовательности, но и проверка взаимодействия их в изделии, соответствующем установленным техническим требованиям [6]. Возможность соблюдения последовательности сборки отображают графически в виде схемы сборки [7]. Схема сборки является оперативным документом, по которому персонал сборочного цеха знакомится с последовательностью сборки машины или прибора, организует процесс сборки и т.д. Этот документ не может в полной мере показать процесс сборки и, на наш взгляд, необходим дополнительный инструмент, который помог бы технологу проверить последовательность процесса сборки. Таким инструментом может стать мультимедийное представление процесса сборки.

При разработке мультимедийной системы возникает проблема их графического представления. Подобный инструмент необходим, т.к. он помогает разработчикам взаимодействовать друг с другом и вовремя находить ошибки. Обзор подходов представления мультимедийных систем был дан в диссертационной работе Джона Дэвиса [11], который включает частично упорядоченные множества, интервальные порядки, графы и сети Петри. Эти техники достаточно известны, широко используются и математически строги. Дэвис приводит преимущества и недостатки этих методов для представления мультимедийных систем и предлагает свою структуру, представляющую собой два частично упорядоченных множества, которую он называет дипосет.

Однако мультимедийные системы удобно представлять с помощью формальных спецификаций, в частности, при помощи CSP [12]. CSP - это математическая теория для определения и верификации сложных моделей поведения возникающих взаимодействий между конкурирующими объектами. Реализация подобной мультимедийной системы возможна на различных языках программирования, но в данном случае лучше использовать JCSP [13]. JCSP - это Java класс библиотеки, обеспечивающей базовую совокупность примитивов CSP плюс богатый набор расширений. Эта библиотека также включает интерфейс канала для всех Java AWT управляющих элементов и графических операций. JCSP дает возможность многопотоковым системам разрабатываться, выполняться и обосновываться в целом в терминах CSP синхронизируемых примитивов (каналы, события и т.д.).

В связи с этим еще одним направлением исследования предполагается рассмотрение вопросов мультимедийной визуализации проверки взаимодействия сборочных операций в изделии. Решение данной задачи может служить помощью начинающим технологам в контроле над составлением технологического процесса, а также может использоваться в качестве фрагмента обучающего комплекса по составлению технологических процессов.

Литература

Копосов В.Н. САПР технологических процессов. Курс лекций /

В.Н. Копосов [Электронный ресурс], 2004. - Режим доступа: http:// www.ispu.ru/library/lessons/koposov2/ - Загл. с экрана.

T-FLEX Tехнология [Электронный ресурс], 2006. - Режим доступа: http://www.tflex.ru/products/tehnolog/tehno.php - Загл. с экрана.

Система автоматизации технологического проектирования T-FLEX/ ТехноПро [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://kinecshma.chat.ru/tehnopro/Techno.html - Загл. с экрана

КОМПАС-Автопрект 9.4 клиент-серверная версия [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.ascon.ru - Загл. с экрана

Чилингаров К.А. TechnologiCS v4. Специализированная информационная система для машиностроительного предприятия / К.А.Чилингаров // CADmaster. - 2005. №30/5 (дополнительный)

Черный В.В. Технологический процесс сборки узлов машин и аппаратов: Методические указания / В.В. Черный, В.А. Богуш - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. 24 с.

Размещено на Allbest.ru