CC BY
60
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 9 (18), 2015 I ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
19
Список литературы:
1. Воронин Н.А. Топокомпозиты - новый
класс конструкционных материалов
триботехнического назначения. Ч. 1. Трение и износ, т. 20, № 3.1999. с. 313-320; Ч. 2. Трение и износ, т. 20, № 5.1999. с. 533-544.
2. ISO 14577-1:2002 - «Metallic materials — Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Test method», 2002. - 45 р.
3. ГОСТ Р 8.748 - 2011 (ИСО 14577-1:2002). Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Ч. 1. М.: Стандартинформ, 2013. -24с.
4. Федосов С.А., Пешек Л. Определение
механических свойств материалов
микроиндентированием. М,: Издательство МГУ, 2004. - 100с.
5. Voronin N. A., Composite and Real Hardnesses of Thin Coatings. Advanced Materials Research.Vols.560-561, 2012. р. 803-808.
6. Puchi-Caberra, E.S, Berrios, L.A, Teer, D.G. On the computation of the absolute hardness of thin solid films, Surface and Coatings Technology, v. 157, N. 2-3, 2002. p. 185-196.
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
Евгенев Георгий Борисович
Докт. техн. наук, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва
Кокорев Александр Александрович Ассистент МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва Пиримяшкин Михаил Валерьевич
Программист ГБОУ «ТемоЦентр», г. Москва
АННОТАЦИЯ
Целью настоящей работы является повышение производительности и качества типового вариантного проектирования изделий машиностроения. Для достижения этих целей используются методы искусственного интеллекта, основанные на многоагентном подходе. Результатом работы являются специализированные программные средства, обеспечивающие генерацию 3D моделей, которые могут быть использованы для формирования прототипов изделий с помощью 3D принтеров. Разработанная система позволяет на основе технического задания за несколько минут сгенерировать прототип одноступенчатого цилиндрического редуктора.
ABSTRACT
The aim of this work is to improve the productivity and quality of the variant product design engineering. To achieve these goals it’s used artificial intelligence techniques based on multi-agent approach. Result is a customized software means for generating 3D models that can be used to form prototypes of products with using 3D printers. The developed system allows on the basis of technical specifications for a few minutes to generate a prototype of a singlestage cylindrical gear reducer.
Ключевые слова: автоматизация конструирования, искусственный интеллект, многоагентный подход, 3D моделирование, 3D принтеры.
Keywords: CAD, artificial intelligence, multi-agent approach, 3D modeling, 3D printers.
Создание интеллектуальных систем конструирования изделий является важным направлением совершенствования инженерной подготовки машиностроительного производства. Использование таких систем позволяет повысить производительность и качество работы конструкторов за счет полуавтоматической генерации 3D моделей изделий в условиях типового вариантного проектирования. К такому типу проектирования относятся, например, создание объектов электромашиностроения, электромеханические
приводы и т.п.
Высший уровень автоматизации в этой области способны обеспечить системы полуавтоматического проектирования, позволяющие на основе введенного технического задания производить все необходимые расчеты и генерировать 3D модели и полный комплект конструкторской документации [1, 2].
Функциональная диаграмма интеллектуальный системы проектирования
На рис.1 представлена функциональная диаграмма интеллектуальной системы
проектирования в стандарте IDEF0 [2]. Функция системы состоит из двух компонент: проектирование и конструирование изделия. Проектирование связано с расчетами, которые определяют основные характеристики изделия, а конструирование - с формированием его моделей в форме чертежей и 3D моделей. На входе системы имеется техническое задание, а на выходе - конструкторская документация и геометрические модели. Система работает с помощью инженера разработчика, который использует в своей работе программные средства: создания баз знаний (в данном случае SprutExpro) и формирования геометрических моделей с помощью CAD-системы (в данном случае SolidWorks) [1, 3].
20
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 9 (18), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ
Нормативная
документация
ТЗ
V
►
Проектироваие и конструирование изделия
1
л а
л
Конструкторская
документация
>. Компьютер
ные модели конструкций
Разработчик
CAD-система
SprutExPro
Рисунок 1. Функциональная диаграмма интеллектуальной системы проектирования
Инженер в своей работе руководствуется установленной нормативной документацией.
Диаграмма классов агентов проектируемого изделия
Для создания многоагентной системы проектирования необходимо построить диаграмму классов агентов.
На рис.2 представлена такая диаграмма на языке UML [1] применительно к цилиндрическим редукторам. Каждый агент на языке UML представляется трехкомпонентной таблицей, в верхней строке которой располагается наименование агента, в средних строках атрибуты его, а в нижней -методы, с помощью которых генерируется экземпляр агента посредством расчета всех атрибутов. На рис.2 для простоты заполнены только верхние строчки.
Корневым агентом является проектируемое изделие - редуктор цилиндрический. Редуктор может состоять из трех узлов: вала быстроходного,
промежуточного и тихоходного. При этом первый и последний всегда входят в состав изделия. Узел вала
промежуточного может отсутствовать для одноступенчатых редукторов, о чем свидетельствуют знаки 0..1.
В состав узлов входят покупные сборочные единицы (подшипники) и детали, в том числе вал-шестерня, колесо зубчатое, различные кольца, шайбы, прокладки, манжеты, винты, шпонки и крышки подшипников. Количества перечисленных деталей указаны на стрелках, показывающих входимость их в вышерасположенный объект.
Спроектировать изделие - это значит сгенерировать экземпляры всех входящих в диаграмму агентов посредством расчёта всех их атрибутов с помощью методов агентов. Многоагентная система организует этот процесс [1].
Для примера рассмотрим функционирование простого агента «крышка подшипника».
Интеллектуальный агент «крышка
подшипника»
На рис.3 представлен бланк-чертеж закладной крышки подшипника.
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 9 (18), 2015 I ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
21
Узел вала бы строходного 1
*
♦ ♦ ♦
Кольцо компенсаторное
Редуктор цилиндрический
♦ ♦ ♦
Узел вала промежуточного
Кольцо маслоотражательное
1 1 ♦—
♦ ♦
Крышка подшипника
Колесо зубчатое
Узел вала тихоходного
♦ ♦ ♦
Шайба уплотнительная
Манжета резиновая армированная
Рисунок 2. Диаграмма классов агентов проектируемого изделия
Кольцо дистанционное Винт нажимной и диск упругий Шпонка
0..1
0..1
Подшипник
0..1
2
2
от
Прокладка
0..1
Рисунок 3. Бланк-чертеж закладной крышки подшипника Рассмотрим разработку метода для генерации системы проектирования редукторов. Этот метод 3D модели этой детали в составе многоагентной строится в формате продукционной базы знаний [3].
Словарь метода
имя наименование тип вход выход вид
D_ Диаметр крышки, мм REAL * вход
halfD Половина диаметра крышки, мм REAL локал.
S_ Ширина впадины в корпусе, мм REAL локал.
b_ Ширина канавки, мм REAL локал.
l_ Ширина пояска, мм REAL локал.
C_ Ширина контакта крышки и корпуса, мм REAL локал.
deltal Ширина контакта крышки и подшипника, мм REAL локал.
delta Толщина крышки, мм REAL локал.
R_ Размер фаски, мм REAL локал.
Рисунок 4. Словарь метода закладной крышки подшипника
Разработка метода базы знаний начинается с закладной крышки подшипника представлен рис.4 и создания словаря. Словарь метода проектирования соответствует чертежу, приведенному на рис.5.
22
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 9 (18), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ
Ранжированная семантическая сеть модулей представлена на рис.5. Метод имеет одну входную знаний (продукционных правил) метода переменную - диаметр крышки. проектирования закладной крышки подшипника
МЗ Метода
ранг имя наименование
1 Faska Подбор размера фаски
1 Table Подбор размеров по диаметру
2 Formula Расчет размеров
3 Solid Г енерация 3D модели
Входные свойства
имя наименование тип значение
D_ Диаметр крышки, мм REAL 63
Рисунок 5. Словарь метода закладной крышки подшипника
В первый ранг попали модули, имеющие в качестве входной переменной диаметр крышки. В их число вошли представленные ниже модули подбора размера фаски и ширины канавки, а также толщины крышки, механизмом которых являются таблицы.
МЗ: "Faska" - Подбор размера фаски Входные свойства
имя наименование тип значение
D Диаметр крышки, мм REAL 112
Механизм - Таблица Конфигурация свойств в таблице
¥2
К
b
Таблица
[10,50] (50,100] (100,)
1 1.6 2
3 5 8
Выходные свойства
имя наименование тип значение
R_ Радиус фаски REAL 2
b_ Ширина канавки REAL 8
МЗ: "Table" - Подбор размеров по диаметру Входные свойства
имя наименование тип значение
D Диаметр контакта с корпусом REAL 50
Механизм - Таблица Конфигурация свойств в таблице
D_
delta
Таблица
[50,62] [63,95] [100,145] [150,220]
5 6 7 8
Выходные свойства
имя наименование тип значение
delta Толщина крышки REAL 5
На основе этих данных с помощью модуля типа расчета по формулам производится вычисление всех остальных размеров, необходимых для генерации 3D модели детали.
МЗ: "Formula "Расчет размеров Входные свойства
имя наименование тип значение
delta Толщина крышки REAL 8
b_ Ширина канавки REAL 1
Механизм - Формула delta1=0.95*delta S_=0.95*delta C_=0.5*S_ l_=b_
Выходные свойства
имя наименование тип значение
delta1 ширина контакта крышки и подшипника REAL 7.6
l_ Поясок REAL 1
S_ ширина впадины в корпусе REAL 7.6
C_ ширина контакта крышки и корпуса REAL 3.8
На рис.5 представлен интерфейс базы знаний проектирования и генерации 3D модели закладной крышки в системе Sprut ExPro [3].
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 9 (18), 2015 I ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
23
Рисунок 5. Интерфейс базы знаний генерации 3D модели закладной крышки подшипника в системе Sprut ExPro
Интеллектуальная система полуавтоматического проектирования одноступенчатых редукторов
На рис.6 приведен интерфейс интеллектуальной системы полуавтоматического проектирования одноступенчатых редукторов [1].
Сверху в виде закладок представлена иерархия проектируемых изделий, соответствующая диаграмме классов на рис.2 (редуктор с узлами валов быстроходного и тихоходного). Интерфейс соответствует моменту диалогового ввода технического задания на проектирование привода, в состав которого входит редуктор.
Рисунок 6. Интерфейс интеллектуальной системы полуавтоматического проектирования одноступенчатого
редуктора
редуктора - цилиндрический и передаточное число -В результате расчета привода были определены 2.35. основные параметры редуктора, которые мы видим с помощью инспектора модели на рис 7. Определен тип
24
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 9 (18), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ
Рисунок 7. Параметры редуктора
На основе определённых выше параметров при нажатии на клавишу «Расчет» система производит полный расчет редуктора. При этом конструктору задаются вопросы для выбора свободных параметров, например вид зуба (прямой, косой, шевронный), материалы шестерни и колеса, термообработка этих материалов и т.п. Диалог производится в формате, аналогичном изображенному на рис.6. При этом проектировщику предлагается допустимый в конкретном случае набор вариантов ответа.
В результате автоматически формируется чертеж эскизного проекта редуктора, приведенный на рис.8.
Возможна оптимизация проекта вручную, за счет выбора свободных параметров, или автоматически за счет использования генетического алгоритма [1] при нажатии на клавишу ГА (рис.7). В качестве критерия оптимизации часто используется масса спроектированного редуктора.
Рисунок 8. Чертеж эскизного проекта редуктора, построенного системой
После завершения проектирования автоматически генерируется 3D модель изделия с использованием одной из CAD систем. В данном случае применяется система SolidWorks (рис.9). Эта
система имеет возможности печати моделей на 3D принтерах, что позволяет изготовлять быстрые прототипы из пластика или металлов (при наличии соответствующих принтеров).
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 9 (18), 2015 I ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
25
Рисунок 9. 3D модель редуктора автоматически сгенерированная системой
Заключение
Разработана методология создания интеллектуальных систем полуавтоматического проектирования и быстрого прототипирования изделий машиностроения. В методологии используются методы искусственного интеллекта, основанные на многоагентном подходе с применением для построения методов агентов продукционных баз знаний, способных генерировать 3D модели изделий.
На основе разработанной методологии создан демонстрационный прототип системы проектирования одноступенчатых цилиндрических редукторов, позволяющий за считанные минуты выполнять проектирование изделий.
Разработанная методология без использования труда профессиональных программистов может быть применена для различных случаев типового вариантного проектирования машиностроительных изделий.
Список литературы:
1. Евгенев Г.Б. Интеллектуальные системы проектирования: учеб. пособие / Г. Б. Евгенев. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 420с.
2. Основы автоматизации технологических процессов и производств: учебное пособие: в 2 т./[Г.Б. Евгенев и др.]; под ред. Г.Б. Евгенева. - Москва : Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. 441с.
3. Евгенев Г.Б., Кокорев А.А., Примяшкин М.В. Метод генерации 3D моделей в продукционных базах знаний. Известия высших учебных заведений. Машиностроение. МГТУ им. Н.Э. Баумана, №4, 2015,
с.38-48.
РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ НА ПРИНЦИПЕ ВЫНУЖДЕННОГО БРИЛЛЮЭНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ
Жахметбеков Даурен Зейноллаевич
Инженер АО «Казахтелеком» г.Караганда Горлов Николай Ильич
профессор, доктор технических наук СиБГУТИ _г.Новосибирск
Аннотация. Доклад посвящен анализу распределенных волоконно-оптических датчиков, основанных на явлении вынужденного Бриллюэновского рассеяния. Они привлекли большой интерес исследования благодаря их способности измерять температуры и напряжения на протяжении больших расстояний с высокой точностью и пространственной разрешающей способностью.
Abstract. This report focuses on the analysis of distributed fiber optic transducer, based on the forced phenomenon of Brilluyens scattering. They have attracted great interest in research due to their abilty measuring temperature and pressure over long distances with high accuracy and spatial resolution.
Ключевые слова: волоконно-оптические датчики, Бриллюэновское рассеяния, измерение температуры и напряжении, высокая точность
Keywords: fiber optic transducer, Brilluyens scattering, measuring temperature and pressure, high accuracy
