CC BY
4УДК: 621.396.6.002
Экспертная система технологического процесса для единичного и мелкосерийного производства РЭА.
Н.Л. Дембицкий, Т.Ю. Васильева.
Статья о внедрении экспертных систем управления технологическим процессом на производстве РЭА. В ней рассмотрены основные направления исследований - изучение методологии автоматизированного проектирования технологической документации и развитие новых методов организации и разработки экспертных систем технологического проектирования.
Современный уровень разработок автоматизированных систем позволяет поставить вопрос исследования сущности и возможности создания экспертных систем (ЭС) технологического назначения, которые должны обладать по крайней мере тремя особенностями[1]:
• Способностью к накоплению и корректировке знаний на основе активного восприятия технологической информации, в том числе обобщенного опыта технологии проектирования и результатов технологических исследований.
• Способностью к целенаправленному поведению на основе накопленных знаний.
• Способностью к объяснению и обучению.
В период радикальных структурных изменений промышленности в последние годы наблюдаются эволюции существовавших ранее четких систем управления технологическим процессом производства, что создает определенные трудности в изготовлении изделий:
• Предприятия, работающие по устаревшим методикам, постоянно вносят коррективы в технологический процесс.
• Ощущается недостаточное количество специалистов-экспертов, работающих в области технологии производства радиоэлектронного оборудования.
• Имеются существенные трудности в передаче опыта от кадровых работников молодым специалистам.
В этих условиях одним из способов решения перечисленных проблем может быть внедрение экспертных систем управления технологическим процессом на производстве. При их разработке можно выделить два основных направления исследований:
• Изучение методологии автоматизированного проектирования.
• Развитие новых методов организации и разработки экспертных систем технологического проектирования (ЭСТП).
Наиболее характерной формой для решения технологических задач являются продукционные системы, где знания представлены совокупностью правил вида "ЕСЛИ - ТО". Эти системы бывают двух диаметрально противоположных типов - с прямыми и обратными выводами.
В системе продукций с обратными выводами с помощью правил строится дерево И/ИЛИ, связывающее в единое целое факты и заключения; оценка этого дерева на основании фактов, имеющихся в базе данных, и есть логический вывод, который бывает прямым, обратным и двунаправленным. При прямом выводе отправной точкой служат предоставленные данные, процесс оценки приостанавливается в узлах с отрицанием, причем в качестве заключения (если не все дерево пройдено) используется гипотеза, соответствующая самому верхнему уровню дерева (корню). Преимущество обратных выводов в том, что оцениваются только те части дерева, которые имеют отношение к заключению, однако если отрицание или утверждение невозможны, то порождение дерева лишено смысла. В двунаправленных выводах сначала оценивается небольшой объем полученных данных и выбирается гипотеза (по примеру прямых выводов), а затем запрашиваются данные, необходимые для принятия решения о пригодности данной гипотезы. На основе этих выводов можно реализовать гибкую систему.
Эта система включает три компонента:
• Базу правил, состоящую из набора продукций (правил вывода).
• Базу данных, содержащую множество фактов.
• Интерпретатор для получения логического вывода на основании этих знаний.
База правил и база данных образуют базу знаний, а интерпретатор соответствует механизму логического вывода. Вывод выполняется в виде цикла "понимание - выполнение", причем в каждом цикле выполняемая часть выбранного правила обновляет базу данных. В результате содержимое базы данных преобразуется от первоначального к целевому, т.е. целевая система синтезируется в базе данных. Иначе говоря, для системы продукций характерен простой цикл выбора и выполнения (или оценки) правил.
Основные преимущества данной системы:
• Простота пополнения, модификации и аннулирования.
• Простота механизма логического вывода.
Для реализации экспертной системы использована программная оболочка FUZZYCLIPS 6.04, которая относится к числу наиболее доступных программ, свободно распространяемых через INTERNET, что выгодно для предприятия мелкосерийного и единичного производства РЭА. Именно эта версия из множества оболочек, созданных для экспертных систем является продукционной системой, использующей вывод от фактов к цели.
Известно, что основным фактором для выбора того или иного параметра является соотношение цены и качества, то есть, экономическая эффективность каждой конкретной операции. Опираясь
на эту основу, поставлена задача для экспертной системы, которая заключается в выполнении следующих этапов:
• Анализ существующих вариантов.
• Расчет экономической эффективности каждого варианта.
• Выбор наиболее выгодного варианта.
• Выдача рекомендаций по применению наиболее выгодного варианта и пояснение своего выбора с точки зрения экономической эффективности.
Процесс работы пользователя с оболочкой FUZZYCLIPS 6.04 достаточно прост, требуется произвести ввод нескольких параметров - загрузка файла, команд (reset) и (run), ответить на запросы системы только введением y или n и просмотреть результат в окне Facts (Main).
Внедрение в производство экспертной системы (ЭС) позволяет при наименьших затратах и с максимальной выгодой для предприятия повысить экономическую эффективность научной организации труда и ускорить сроки оперативно - производственного и сетевого планирования при организации управления технологическим процессом при опытном и мелкосерийном производстве.
Возможности создания ЭС на основе оболочки FUZZYCLIPS 6.04 были исследованы на примерах выбора структуры и параметров технологических операций изготовления отверстий в рупорном отражателе. Варианты технологического процесса показаны в табл.1.
Таблица 1.
№ Способ создания Специалис Оборудование Время Стоимость
способа отверстия т работы, мин. работы, усл. Ед.
1 Высверливание. Слесарь 3 разряда. Настольно - сверлильный станок. 8 2
2 Высверливание. Слесарь 3 разряда. Ручная электродрель. 15 5
3 Штамповка (вырубка). Слесарь 3 разряда. Пресс (штамп) 10 0,75
4 Выпиливание напильником. Слесарь 4 разряда Тиски 25 1,5
5 Фрезерование. Фрезеровщик 3 разряда Фрезерный станок 5 3
6 Вырезание лазером. Инженер 1 категории Лазерное оборудование 1 10
Для организации выполнения работы потребуется дополнительно выбрать: А. Приспособления и вспомогательные инструменты.
• Напильник.
• Сверло требуемого диаметра.
• Ножницы слесарные для резки металла.
• Машина пневматическая ручная.
• Развальцовка.
• Фреза концевая.
• Молоток.
Б. Измерительные инструменты.
• Штангенциркуль.
• Калибр.
• Шаблон радиусный.
• Штангенрейсмас.
• Угольник поверочный.
Далее производим выбор вариантов согласно критериям:
• Время, требуемое для произведения операции.
• Стоимость проведения операции.
• Точность изготовления отверстия выбранным оборудованием. Максимальный показатель каждого критерия соответствует величине, обратно пропорциональной числовому значению каждого критерия.
Таблица 2.
Мах Критерии:
показатель: 1 - Время 2 - Стоимость 3 - Точность
1 Мах Вырезание лазером.-1с. Штамповка (вырубка). Пресс (штамп) -0,75 Вырезание лазером - ±0,001мм
2 Фрезерование.-5мин. Выпиливание напильником. Тиски - 1,5 Фрезерование - ±0,1мм
3 Высверливание. Высверливание. Высверливание.
Настольно - Настольно - Настольно - сверлильный
сверлильный сверлильный станок -
станок.-8 мин. станок.-2. ±0,3мм
4 Штамповка (вырубка). Пресс (штамп) - 10 мин Фрезерование -3. Штамповка (вырубка). Пресс (штамп) -±0,5 мм.
5 Высверливание. Высверливание. Высверливание. Ручная
Ручная Ручная электродрель. - ± 1мм.
электродрель. -15 электродрель. -5.
мин.
6 Мт Выпиливание напильником. Верстак слесарный - 25 мин. Выпиливание напильником. Тиски - ± 3 мм.
Далее определяем критерии, исходя из чертежа и требований заказчика:
• Время - не требуется высокого быстродействия.
• Стоимость - до 3 у. е.
• Точность - ±0,2 мм.
Анализируя имеющиеся данные, приходим к выводу, что наиболее подходящий вариант для изготовления отверстий в отражателе - высверливание настольно - сверлильным станком, так как:
• Точность изготовления отверстия - ±0,2мм.
• Стоимость изготовления отверстия - не более 2 у. е.
• Не требуется высокого быстродействия при выполнении работы.
• Количество отверстий - 4. Штамповка дает менее точный результат.
Вырубание и выпиливание - варианты не применимы для отверстий малого диаметра. Высверливание электродрелью - не дает требуемого качества.
Также, в случае необходимости, можно допустить фрезерование и штамповку, как наиболее близкие к выбранному варианту по сочетанию критериев способы изготовления отверстий.
Представленные данные заносятся в базу знаний системы в виде фактов, целей, критериев и условий на языке CLIPS. В результате логического вывода выбирается способ изготовления и проверки качества отверстий, технологическое оборудование при условии оптимизации параметров время-стоимость.
Эта информация заносится в соответствующие графы МКТП [2, 3].
В экспертной системе реализованы правила, которые в зависимости от поставленных критериев задают вопросы пользователю, и получают ответ в строго заданной форме. Эти ответы формируют описание текущей ситуации с помощью фактов и эмпирических правил. Программа организована следующим образом:
• Определены вспомогательные функции ask-question и yes-or-no-p, которые организуют работу с пользователем в диалоговом режиме, т.е. в зависимости от ответа пользователя определяет дальнейшие свои действия по перебору правил.
• Правила выбора способа изготовления отверстия по критерию точности, стоимости, времени.
• Правила для выбора необходимого оборудования в соответствии с уже выбранным способом изготовления отверстия.
• Правило no determine в случае, если не одно из правил не дает результата, т.е. дается рекомендация о необходимости обращения к опытному специалисту.
• Правило для вывода на экран сообщения о результате работы экспертной системы.
• Правило system - banner, которое выводит на экран название экспертной системы при каждом новом запуске программы.
В результате работы с экспертной системой получим информацию, которая заполняется в графы маршрутной карты.
Экспериментальная проверка разработанной программы показала, что ЭС выполняет свою основную задачу по анализу существующих вариантов и выдает рекомендации по применению наиболее выгодного, оптимального варианта, пояснив свой выбор с точки зрения экономической эффективности. В настоящее время выполняются работы по расширению базы знаний ЭС путем формализации на языке CLIPS типовых технологических процессов механической обработки деталей РЭА.
Список литературы.
1. Частиков А.П., Гаврилова Т.А., Белов Д.Л. Разработка экспертных систем. Среда CLIPS-СПб. БХВ - Петербург, 2003. 687 с.
2. Государственные стандарты СССР. ЕСТД - Единые правила оформления, выполнения, комплектации и обращения технологической документации в зависимости от типа и характера производства. ГОСТ 3.1001-81.- М.: Издательство стандартов, 1988. 344с
3. Э.Т. Романычева и др. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА. М.: Радио и связь, 1984. 364 с.
Сведения об авторах.
Дембицкий Николай Леонидович, доцент кафедры конструирования и технологии производства радиотехнических систем Московского авиационного института (государственного технического университета), к.т.н.
Васильева Татьяна Юрьевна, аспирант кафедры конструирования и технологии производства радиотехнических систем Московского авиационного института (государственного технического университета).
