CC BY
18
УДК 621.7.044
В. В. Третьяк, Л. А. Филипковская
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА КОМПЬЮТЕРНОЙ
ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКЕ ВЗРЫВОМ
Предложена информационная система для принятия эффективных решений по формированию технологического процесса листовой штамповки взрывом. Решения принимаются на основании физических закономерностей, справочных данных, промышленного эксперимента, опыта и логики технолога с помощью алгоритмов распознавания образов. Рассмотрена проблема, предложен алгоритм для формирования математических моделей, позволяющих по результатам пробных испытаний создавать правила классификации с использованием индикаторных функций-предикатов.
Практика создания технологии листовой штамповки взрывом показала необходимость создания алгоритма для выбора наиболее приемлемого решения на всех этапах производственного процесса. Для этого необходимо анализировать комплекс различных показателей, влияющих на технико-эксплуатационные и экономические характеристики изделий. К таковым относятся: обеспечение качества, точности и эксплуатационной надежности детали, снижение сроков подготовки и запуска производства; снижение технологической себестоимости продукции.
Изготовление листовых деталей штамповкой взрывом относится к числу сложных процессов и характеризуется сложностью физических процессов, большим количеством выполняемых функций и многсуров-невой, специфической структурой.
Комплексная задача построения оптимального процесса - одна из актуальных задач в машиностро-
ении, особенно в условиях острого дефицита материалов, средств и времени на отладку и освоение.
Разработанная информационная система компьютерной поддержки принятия технологических решений в листовой штамповке состоит из блоков, показанных на рис. 1, и предполагает участие технолога в производственном процессе.
После анализа технического задания (ТЗ) на изготовление листовой детали в блоке подготовки данных создается формализованное описание этой детали. Исходя из анализа технических требований и справочных данных, определяется комплекс показателей конструкторско-технологических признаков детали. На этом этапе осуществляется графическая визуализация эскиза образующей детали для проверки правильности ввода исходных данных. Данные кодируются для использования их в блоке принятия решений с учетом количественных и качественных шкал измерения признаков.
Рис. 1. Схема взаимодействия модулей информационной системы поддержки принятия технологических решений в листовой
штамповке
© В. В. Третьяк, Л. А. Филипковская, 2008
Результатом работы является набор значений кон-структорско-технологических признаков изготавливаемой детали, а именно: параметры генеральной формы, рельефа, материала заготовки, а также параметры точности. Для измерения применяются следующие шкалы: наименований, порядка и отношений.
При разработке листовой штамповки взрывом используются основные закономерности синтеза технологических решений и принципы системного подхода. При этом выделяются три этапа: выбор принципиальной схемы штамповки, выбор маршрутной технологии, выбор операционной технологии.
При формировании принципиальной схемы лис-
товой штамповки определяются: вид основных штамповочных операций, методы фиксации, вид заготовки, тип передающей среды. Выбор рациональной принципиальной схемы также базируется на рекомендациях опытных технологов, исходя из оценки предельных возможностей материала (коэффициента вытяжки, утонения и других).
Маршрутная и операционная технологии - это соответственно маршрутное и операционное описание технологического процесса. Рациональные технологии выбираются в зависимости от ресурсов и технической базы предприятия.
На рис. 2 приведена информационная модель для формирования технологического процесса листовой штамповки взрывом. Схема демонстрирует после-
Блок подготовки данных
Вход: - первичная информация
- графическая информация (изображение детали на мониторе)
- корректировка и кодировка данных
Выход: набор входной информации (конструкторско -технологические признаки детали)
I I
Выбор рациональной принципиальной схемы
Вход: конструкторско-технологические признаки детали
Выход (элементы принципиальной схемы, номер схемы)
- передающая середа,
- вид заготовки
- вид основных операций
- фиксация
* *
Выбор рациональной маршрутной технологии
Вход: элементы принципиальной схемы
Выход: (элементы маршрутной технологии)
- число переходов
- число термообработок
- структура термообработок
- спецоперации
Выбор рациональной операционной технологии
Вход: - вид заготовки
- тип материала
- элементы принципиальной схемы
- элементы маршрутной техно лот Выход: (параметры операционной технологии)
- вид и величина устанавливаемого заряда
- место установки заряда
- спецприемы на каждом переходе
I I ИТ
Выходная информация описания операционной технологии
Рис. 2. Информационные модули технологической системы
довательность этапов. Реализуемость процессов выбора рациональных схем на разных этапах производственного процесса многовариантна. Такая ситуация складывается из-за специфики объектов проектирования: процесса преобразования (деформирование заготовки), предметов труда (наличие взрывчатых веществ) и средств технологического оснащения.
Практика управления листовой штамповкой показала необходимость выбирать технологом наиболее приемлемое решение на всех этапах производственного процесса, анализировать комплекс различных показателей, влияющих на технико-эксплуатационные и экономические характеристики изделий. К таковым относятся: обеспечение качества, точности и эксплуатационной надежности детали; снижение сроков подготовки и запуска производства; снижение технологической себестоимости продукции.
Для принятия эффективных управленческих решений на каждом этапе листовой штамповки взрывом на основании физических закономерностей, справочных данных, промышленного эксперимента, опыта и логики технолога формируется система посылок и утверждений в виде классификационных схем. Методологической основой построения таких схем является формирование математических моделей распознавания образов, позволяющих по результатам пробных испытаний и с учетом опыта технологов создавать правила классификации с использованием индикаторных функций-предикатов.
Сформулируем задачу классификационной обработки данных для всех этапов технологии изготовления листовых деталей [1-2].
Задано т объектов - листовых деталей, подлежащих классификации. Каждая деталь характеризуется набором конструкторско-технологических
параметров (х^ х^,......, хп). Известно, что детали
представляют собой сумму подмножеств К2
,......, К,.э......, называемых классами (образами).
Согласно информационной модели листовой штамповки (рис. 1, 2) на каждом этапе классам соответствуют различные элементы технологии. Это тип материала, вид заготовки, элементы принципиальной схемы, описания маршрутной и операционной технологии.
Требуется, имея последовательность из т объектов и классификаций Х1 Кх, х^ К2 ,......, хт Кт, построить такое правило классификации К = -Р(х), которое с возможно меньшим числом ошибок классифицировало бы новый объект.
Полученные правила классификации сохраняются в банках моделей для соответствующих этапов листовой штамповки. Правило классификации представляется в виде логической цепочки функций, описывающих обобщенные свойства распознавае-
мых образов-классов и называемых свойствами-предикатами (С-П).
Важной проблемой при управлении указанным производственным процессом является выбор и разработка математической модели, обеспечивающей настройку на специфику технологии штамповки взрывом за счет использования апостериорной информации о ней и о среде, а также за счет дополнительной информации, поступающей уже в процессе работы системы. Для этих целей на схеме управления рис. 1 предусмотрен блок накопления опыта технолога, который анализирует сформулированные производственные ситуации и готовит правила классификации.
Таким образом, в основе математических обеспечивающих средств реализованной информационной технологии лежит концепция структурно-аналитического метода классификации. В круг исследуемых вопросов внесены достижения теории тестов для обработки бинарных таблиц и теории графов для оптимизации грамматического решающего правила, а также предложены эвристические критерии с обоснованным доказательством сходимости алгоритмов, разработанных на их базе.
Математические модели распознавания рассмотренной ситуации для листовой штамповки обладают следующими характеристиками:
1) распознавание сложных объектов производится в условиях априорной неопределенности. Модель объекта управления универсальная, то есть ориентирована на достаточно слабые ограничения на вид распределений параметров исходных данных, когда практически ничего не известно о виде функций распределения вероятностей в пространстве признаков;
2) допустимы преобразования разнотипных экспериментальных данных. Результаты классификации данных, измеренных в различных шкалах, не зависят от числового представления информации об объекте. Для формализации этого требования вводится понятие шкалы и группы допустимых преобразований шкал;
3) анализируются многоклассовые технологические ситуации;
4) осуществляется выбор информативной системы признаков. Признаковое пространство формирует исследователь на основании опыта или возможностей технических средств сбора информации;
5) существенно ограничение на время работы алгоритмов классификационной обработки данных;
6) необходимо в технологическом проектировании принимать оптимальное решение. Предложены новые научные приемы по обработке информации с целью получения надежного решения.
Процесс принятия решения имеет несколько ста-
дий, включая представление проблемы (описание процесса и исходной информации, постановка задачи), предварительный анализ ситуации (оценка состояния информации), расчет вариантов решений, выбор оптимального варианта и окончательный выбор решения. В предложенной информационной компьютерной системе осуществляется предварительный анализ ситуации, влияющий на получение достоверных, устойчивых, а следовательно, эффективных решений.
Инструментальным средством поддержки моделирования технологического процесса листовой штамповки является интерактивный программный комплекс классификационной обработки данных производственных ситуаций (ИПК КОД-Т).
Принятие управленческих решений на каждом этапе штамповочного производства осуществляется на основе классификационной обработки данных о листовых деталях [3, 4]. Ниже приведены результаты решения задачи по формированию технологии взрывной штамповки с помощью ИПК КОД-Т.
Задача. Определить влияние конструктивно технологических признаков при аналогичных схемах обработки на число термообработок при создании маршрутной технологии. Ставится задача: получить правила классификации для числа термообработок.
Проведены компьютерные эксперименты с анализом и обработкой данных для 200 листовых деталей с целью построения правила классификации и выявления структурной полноты 20 конструкторс-ко-технологических признаков: х1 - относительная высота, Х2 - габариты, Х3 - относительный диаметр дна, Х4 - относительный фланец, х5 - параметр пластичности, х6 - приведенный коэффициент пластичности, х7 - относительная толщина, х8 - относительный внутренний прогиб, х9 - относительный нижний торцевой прогиб, хщ - относительный верхний торцевой прогиб, хп - приведенный размер плоскости дна, х^2 - угол наклона направляющей линии, х^з - тип материала, х^ - кривизна поверхности сопряжения 1, х15 - кривизна поверхности сопряжения 2, х^ - угол сопряжения поверхностей 1, х^ - угол сопряжения поверхностей 2, х^ - относительный рельефный прогиб, х^ - кривизна рельефного элемента, х20 - угол сопряжения рельефного элемента. Признаки х^х^, х^^о - количественные, признак х13 измерен в шкале наименований.
«Указания учителям» кодировались по числу термообработок: 1 - одна термообработка в маршрутной технологии, 2 - две термообработки, 3 - три термообработки, 4 - нет термообработки.
Задача решалась в два этапа.
На первом этапе была сформирована ТЭД
Т
численность классов: 1 класс - 27 деталей, 2 класс - 7 деталей, 3 класс - 5 деталей, 4
200,21,4
класс - 161 деталь. По решению технолога первый признак - это «указания учителя» по виду основной операции, представленный шкалой наименований. Для остальных признаков применялись шкалы наименований, порядка и отношений.
На основании этой информации сгенерировано 84 С-П, описывающих признаки с учетом их градации и шкал измерения. Для признаков в шкалах интервальной и отношений использовались одномерные пороговые С-П.
Система обработки данных ИПК КОД-Т показала структурную полноту всех конструкторско-тех-нологических признаков (безошибочная классификация). Установлена закономерность влияния признаков для таких видов основных операций как: вытяжка (код 3) и обжим (код 4) на формирование числа термообработок в маршрутной технологии. Эти виды основных операций участвовали в разделении 3 и 4 классов и 1 и 4 классов. Такой результат может быть учтен технологом при ручной корректировке правила классификации в виде бинарного дерева в процессе проектирования маршрутной технологии.
На втором этапе сформирована ТЭД Т200 20 4 , численность классов: 1 класс - 27 деталей, 2 класс - 7 деталей, 3 класс - 5 деталей, 4 класс - 161 деталь.
На основании этой информации сгенерировано 79 С-П, описывающих признаки с учетом их градации и шкал измерения. Для признаков в шкалах интервальной и отношений использовались одномерные пороговые С-П.
Процесс принятия решения имеет несколько стадий, включая представление проблемы (описание процесса и исходной информации, постановка задачи), предварительный анализ ситуации (оценка состояния информации), расчет вариантов решений, выбор оптимального варианта и окончательный выбор решения. В предложенной информационной компьютерной системе осуществляется предварительный анализ ситуации, влияющий на получение достоверных, устойчивых, а следовательно, эффективных решений.
Инструментальным средством поддержки моделирования технологического процесса листовой штамповки является интерактивный программный комплекс классификационной обработки данных производственных ситуаций (ИПК КОД-Т).
Принятие управленческих решений на каждом этапе штамповочного производства осуществляется на основе классификационной обработки данных о листовых деталях [3,4]. Ниже приведены результаты решения задачи по формированию технологии взрывной штамповки с помощью ИПК КОД-Т.
Система обработки данных ИПК показала структурную полноту всех конструкторско-технологичес-
ких признаков с безошибочной классификацией 200 деталей. Результаты подтвердили достаточность исходной информации при проектировании маршрутной технологии взрывной штамповки. Была найдена структурно-полная система информативных признаков {Х1, Х2, Х4, Х5, Хб, Х7, х^, Х9, Х11, Х12, Х13, Х16, Х17}, которой с учетом градации соответствует 21 С-П. Построено ПК со следующими параметрами: Х1 - относительная высота (пороги 0,2353, 0,5981), х2 - габариты (пороги 771, 524,8), Х4 - относительный фланец (порог 0,0430), х5 - параметр пластичности (порог 12), Хб - приведенный коэффициент пластичности (пороги 0,2537, 0,3333, Х7 -относительная толщина (пороги 0,0017, 0,0040, 0,0066, 0,0058), Х8 - относительный внутренний прогиб (пороги 0,0172, 0,1195), Х9 - относительный нижний торцевой прогиб (порог 0,0066), х11 - приведенный размер плоскости дна (порог 0,0329), х^
- угол наклона направляющей линии (пороги 64,0, 72,0), х13 - тип материала (порог 4), х16 - угол сопряжения поверхностей 1 (порог 180,0), х^ - угол сопряжения поверхностей 2 (порог 135,0). ПК подтверждены на экзаменационной выборке: 2 детали подтвердили принадлежность 1 классу и 8 деталей
- 4 классу.
По этим показателям сделаны выводы:
- х12 и х17 влияют на отделение 1 класса;
- х1, х6, х12 и х13 влияют на отделение 3 класса;
42
43
- х3 и х12 влияют на отделение 2 и 3 классов; -1 класс образует «смесь» со всеми классами. Повышение эффективности листового штамповочного производства обеспечивается за счет уменьшения ошибки классификации и получения надежных правил классификации. Удовлетворительные результаты проверки на контрольной и экзаменационной выборках позволяют говорить о повышении
качества детали (достаточный уровень утонений и деформаций) и штамповой оснастки, а также снижении материальных затрат на штамповочное производство.
Перечень ссылок
1. Сироджа И. Б. Структурно-аналитический метод распознавания образов с разнотипными признаками. // Математические методы анализа динамических систем. - Харьков. 1981. - Вып. 5. - С. 91-107.
2. Филипковская Л. А. Структурно-аналитическая модель распознавания образов в управлении производственными процессами // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2001. - №6. - С. 279-283.
3. Зорик В.Я., Филипковская Л. А., Третьяк В.В. Информационная технология классификационной обработки данных в проектировании тех-процес-сов листовой штамповки взрывом // Удоскона -лення процеав та обладнання обробки тиском в машинобудуванш i металургп. Тематичний збiрник наукових праць. - г. Краматорск, Донбасская государственная машиностроительная академiя, 2001. - С. 286-289.
4. Борисевич В.К., Третьяк В.В., Клыгина И.В.. Математическое моделирование ресурсосберегающих технологий // Науково-методична кон-ференщя «Впровадження нових шформацшних технологий навчання», Харьков, «ХАИ». - 2004. - С. 227-232.
Поступила вредакцию 21.12.2007
Запропоновано тформацшну систему для ухвалення ефективних ршень по формуван-ню технологiчного процесу листового штампування вибухом. Рiшення приймаються на пiдставi ф1зичних дослiдiв i довiдкових даних, досвiду i логiки технолога за допомогою алго-ритмiв розпгзнавання подоби. Розглянуто проблему, запропоновано алгоритм для форму-вання математичних моделей, що дозволяють за на^дками пробних випробувань ство-рювати правила класифiкацii з використанням iндикаторних функцiй-предикатiв.
Proposed is the information system for making decisions on technological process of sheet stamping by explosion. Decisions are made on the basis of physical regularity, reference data, site experiments, experience, the logic ofproduction engineer and with a help of algorism ofpattern identification. The problem has been proposed that enables to create classification rules as per the results of trial experiments using indicator functions-predicates.
