CC BY
117
УДК 658.512.011.056
КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ НЕСТАНДАРТНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ БАЗЫ ЗНАНИЙ А.Г. Гусейнов
В работе рассматривается задача построения автоматизированного проектирования механических модулей гибких производственных систем в области машиностроения. Излагаются вопросы создания единой информационной базы данных и знаний, которая позволит перенести ранее накопленные знания из традиционных стандартов проектирования в компьютерную среду. А также на примере специального подъемно-позиционирующего манипулятора разрабатывается алгоритм проектирования с использованием фрейм-модели
Ключевые слова: САПР, гибкая производственная система, база знаний, нестандартные механические модули
Введение
В настоящее время каждое производство
предполагает использование средств
автоматизации, в том числе и систем автоматизированного проектирования (САПР). САПР - это инструмент, решающий вес комплекс задач от анализа задания до разработки полного объема конструкторской и технологической документации.
САПР объединяет технические средства, математическое и программное обеспечение,
параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования.
Стадии проектирования подразделяют на составные части, называемые проектными
процедурами. Примерами проектных процедур могут служить подготовка деталировочных чертежей, анализ кинематики, моделирование переходного процесса, оптимизация параметров и другие проектные задачи.
С этой целью рассматривается задачи построения автоматизированного проектирования нестандартных механических модулей гибкой автоматической системы. Излагаются методы построения математических моделей основных узлов, выявляются их состав и структура и формируются задачи оптимизации проектов нестандартных механических модулей с помощью автоматизированного проектирования. Даны конкретные алгоритмы и программы решения оптимизационных задач и примеры построения алгоритмов типовых нестандартных механических модулей с помощью описанных средств автоматизированного моделирования.
1. Разработка единой информационной базы для повышения интеллектуальности САПР
Современные систем автоматизированного проектирования САПР должны отвечать всем требованиям и учитывать все классические принципы построения проектирующих систем.
Однако при этом необходимо учитывать современные идеи глобализации и использование
Гусейнов Агил Гамид оглы - СГУ, канд. техн. наук, доцент, e-mail: [email protected]
единого информационного пространства. Решение проблем автоматизации проектирования с помощью компьютеров основывается на системном подходе, т.е. на создании и внедрения САПР технических объектов, которые решают весь комплекс задач от анализа задания до разработки полного объема конструкторской и технологической документации. Это достигается за счет объединения современных технических
средств и математического обеспечения, параметры и характеристики которых выбираются с
максимальным учетом особенностей задач проектно-конструкторского процесса [1].
Повышение эффективности проектирования чертежной документации в САД/САМ - системах возможно за счет создания параметрических
модулей проектируемых объектов с использованием специальных языковых средств.
Достоинствами использования языковых
средств является простота описания моделей, возможность предварительной подготовки описаний модели без использования вычислительных средств. Языковыми средствами модель описывается таким образом, что для получения чертежа достаточно указать только технологические параметры, остальные параметры чертежа будут вычисляться системой по заранее заданными алгоритмам. Для реализации описанного подхода на основе стандартов создаются единого информационного база данных и знаний, который включает в себе варианты возможных типовых решений по всей допустимой гамме изделий.
Единый информационный база данных и знаний создается в виде альбома параметризированного ряда компонентов, из которого может быть набрано конкретное исполнение изделия. Этот альбом обычно представляет собой стандартов, включающий набор типовых деталей для решения часто повторяемой конструкторской разработки на уровне блочно-модульного проектирования.
Кроме сведений, которые присутствуют в оглавлении, описание каждой детали в единой
информационный база содержит следующую информацию [2]:
- Параметрический прототип чертежа детали.
Реальные чертежи получаются после
подстановки конкретные значений параметров. Область действия имен параметров ограничена чертежам детали.
- Таблицу допустимых значений параметров, имена которых использованы на прототипе чертежа.
Отдельная строка таблицы содержит список допустимых знаний параметров и соответствует конкретному исполнению детали, получаемому из параметрического прототипа.
- Условия применения детали в сборочной единице.
Анализ показывает, что при создании единой информационной базы данных и знаний основное усилие связано с созданием понятный модели, формированием структуры и наполнением базы данных и знаний нормативно-справочной информацией, с разработкой графических прототипов чертежей и слайдов.
Информационная база обеспечивает создание, изменение и поддержку в актуальном состоянии нормативно-справочной и графической
информации по машиностроению.
При разработке базы знаний применяются CASE - средства:
- интеллектуальная компьютерная среда (ИКС);
- интегрированная интеллектуальная система;
- средства параметрической графики.
Разработанный информационный база
стандартов имеет следующих возможностей:
- сконцентрировать накопленный опыт предшествующих разработок с целью его повсеместного использования и тиражирования в компьютерной форме;
- способствовать большой систематичности и целенаправленности процесса конструирования;
- существенно сократить время проектирования за счет использования рациональных решений при блочно-модульном проектировании;
- представить инженеру возможность
просматривать на компьютере возможных
варианты технических решений, используя накопленные знания;
- обеспечивать ввод критериев автора,
отбирать принимаемые на их основе варианты и оптимизировать их;
- фиксировать в принятой форме отобранные решения.
Такие возможности позволяют проводить более эффективный анализ чувствительности проектов, выбирать начальные данные проекта
необходимые для достижения желаемых
результатов и т.п.
Использование и применение предлагаемой единой информационной базы данных и знаний
позволит перенос ранее накопленных знаний из традиционных стандартов проектирования в компьютерную среду, которая структурно показана на рис. 1. В качестве примера переноса стандарта проектирования в компьютерную среду используются материалы по проектированию нестандартных элементов и узлов гибких производственных систем, которые применяются в производство алюминиевых теплообменников. Данное производство занимается изготовлением испарителей для холодильников.
Рис. 1. Структурная схема переноса деятельности проектировщика из традиционной среды разработки в компьютерную
Повышение производительности и в особенности гибких производственных систем (ГПС) в значительной мере зависит от технического уровня используемых в ГПС нестандартных элементов и узлов (НСЭиУ). Вместе с тем в публикациях, посвященных проблемам
ГПС, вопросу проектирования НСЭиУ уделяется недостаточно внимания. Анализ типовых структур и примеры создания ГПС [3, 4] показали, что
большое разнообразие, сложность и
недостаточная точность и надежность
существующих НСЭиУ затрудняют создание ГПС высокого уровня.
Номенклатура НСЭиУ для ГПС постоянно увеличивается, расширяются их функции и
повышаются требования к рабочим
характеристикам, а следовательно усложняются конструкции НСЭиУ, что приводит к увеличению длительности процесса разработки ГПС. Обеспечение высокого качества НСЭиУ возможно только путем применения систем
автоматизированного проектирования,
предусматривающего комплексное использование современных средств вычислительной техники.
Разработка и внедрение САПР НСЭиУ для ГПС позволит существенно повысить производительность и качество проектирования НСЭиУ; уровень унификации проектных решений, а также избавит конструкторов от монотонной работы по проектированию НСЭиУ на основе типовых конструкторских решений.
2. Особенности нестандартных элементов и узлов для ГПС
Исследуя существующих технологии испарителей, планируем применение НСЭиУ, которые входят в состав ГПС, и формируем требования к этим нестандартным элементам и узлам ГПС [5, 6], которые должны обеспечивать:
- автоматический зажим-разжим испарителей посредством пневмо-, гидро- или электроприводов по команде информационно-управляющей системы (ИУС) с возможностью регулирования силы зажима;
- работу в полном автоматическом цикле и
быть универсальным или легко
переналаживаемыми;
- конструкцию, обеспечивающую свободный доступ руки промышленного робота для установки и снятия испарителей;
- заданную точность установки испарителей, ориентированную в недостаточной степени, несмотря на то, что промышленный робот (ПР) подает испарители в зону установки;
- возможность их применения для роботизации и на других участках производства испарителей;
- полное базирование испарителей и жесткую
связь базирующих их элементов с началом координат основного оборудования,
автоматическую обработку испарителей по заданной программе;
- полное базирование их относительно
базирующих поверхностей основного
оборудования и жесткую связь их установочных элементов с началом координат основного оборудования;
- координацию деятельности всех компонентов ГПС с соблюдением производительности
существующего производства.
Учитывая изложенное и перспективы создания ГПС алюминиевых теплообменников,
спроектированы нестандартные элементы и узлы, которые обеспечивают автоматизацию погрузочноразгрузочных и транспортных работ; быструю автоматическую переналадку и управление ГПС образования каналов испарителей. На рис. 2 штриховой линией показаны нестандартные элементы и узлы ГПС образования каналов испарителей.
Рис. 2. Структура технологического оборудования ГПС образования каналов испарителей: ЛК-ленточный конвейер; ОУ-ориентирующее устройство; СППМ-специальный подъемно-позиционирующий манипулятор; АЗРЗ-автоматический загрузочно-разгрузочный
манипулятор; ПР-промышленный робот
Таким образом, в структуру ГПС образования каналов алюминиевых испарителей входят следующие нестандартные элементы и узлы: захватные устройства, импульсный механизм, штамп, ленточные конвейеры, ориентирующее устройство, специальные подъемно-
позиционирующие манипуляторы, автоматический загрузочно-разгрузочный манипулятор и устройство гибкого переналаживания.
НСЭиУ ГПС образования каналов испарителей разделяются на две группы. В первую группу входят те НСЭиУ, которые применяются только в ГПС образования каналов алюминиевых испарителей: импульсный механизм, штамм,
устройство гибкого переналаживания,
ориентирующее устройство. Во вторую группу входят ленточные конвейеры, специальные подъемно-позиционирующие манипуляторы
(СППМ), автоматический загрузочно-разгрузочный манипулятор и захватное устройство, которое применяется в ГПС образования каналов испарителей и в большинстве участков теплообменников.
Исследования функционирования участков и отдельных позиций производства теплообменников показали, что в каждом конкретном случае необходимо проектировать новые НСЭиУ, учитывающие особенности объекта автоматизации.
Поэтому необходимо использование и применение интеллектуальных средств, в том числе, базы знаний при проектировании и создании ГПС высокого уровня.
Для конкретного случая, взаимную связь основных этапов последовательность
автоматизированного проектирования СППМ по критерию ограничения скорости и ускорения можно описать алгоритмам, на осно укрупненной структурой схемы, которая изображена на рис. 3.
Рис. 3. Алгоритм проектирования специального подъемно-позиционирующего манипулятора
Разработанные математические модели и на их основе предложенные алгоритмы вычисления основных размеров и параметров отдельных
деталей конструкции СППМ в виде знании накапливаются в базе знаний. В базе знаний информация о нестандартных деталях и узлах, которые образуют СППМ или другие устройства ГПС представляются в виде фрейм-моделей. Фрейм используется для преставления инженерных знаний отдельных деталях и конструкциях ГПС. Общий вид фрейма записывается в следующем виде:
{nf,(S1,Z1,P1 \(S2,Z2,P2 ),...,(Sk,Zk,Pk )}
где nf- имя фрейма; Si, S2,...,Sk - имя слоты; Z], Z2,...,Zk - значение слоты; Рь Р2,...,Рк -процедура которая является необязательным элементом слоты.
Каждой конкретной детали в основном соответствует одна фрейм-модель и совокупность всех информаций о деталях модель содержит в себе. Для конструктивных элементов и деталей СППМ фрейм-модели можно записывать в следующем порядке:
{OSN, (b, xl), (i, x2), (ô, x3), (à, x4)},
{UPR, (d, x5), (Q, x6 ), (Ly, x7), (ôi, x8 ), (yy, x9 )}
{PAZ, (bn, xI0), (S,XIl), (yn, xI2)} и др.
где xI,x2,...,xk - значение параметров
b, i, ô, À, d и др.
Надо отметить, что фреймовые модели деталей и конструктивных элементов находятся в нижних уровнях базы знаний. Нижний уровень обеспечивает информационную базу для работы системы и взаимодействия системы с пользователями и внешней средой. На верхнем уровне находится база знаний, состоящая из четких или нечетких продукционных правил типа:
Если <событие>, то <событие/действие>.
Интеллектуальный решатель анализирует эти правила, используя информацию о текущем состоянии системы из единой информационной базы данных и формирует задачи для планировщика. Планировщик представляющей тактической уровень системы, используя библиотеку алгоритмов из базы моделей и информацию из базы данных, формирует последовательность действий, необходимых для выполнения задач [7].
В данном случае для формирования устройства СППМ из продукционной базы знаний выбирается следующая продукция:
Если PLI or OSN or UPR or PAL or ORI or POL TO SPPM
где PLI, OSN, UPR, PAL, PRI, POL и др. -фреймовая модель отдельных деталей, которые входят в структуру устройства СППМ.
Заключение
Перечисленные задачи указывают на необходимости разработки информационных моделей сложных систем, которые можно использовать для структурного синтеза, принятия решений и прогнозирования на начальных стадиях проектирования. Рассмотренные постановки задач свидетельствуют о том, что анализ, синтез, планирование и прогнозирование решений является основными процедурами для обработки информации на этапе концептуального проектирования.
Разработанные математические модели СППМ позволяют с использованием поисковых методов оптимизации синтезировать на компьютера оптимальные по выборному критерию параметры конструкции.
Следует отметить, что в разработанных математических моделях не используются какие-либо геометрические критерии подобия, а установлены функциональные связи
конструктивных параметров, отвечающие предъявляемым к манипуляторам техникоэкономическим требованиям. Это делает описанные модели универсальными, позволяет на базе одной математической модели осуществить АП всей гаммы манипуляторов, заданных по кинематической схеме.
Создание и внедрение в производство теплообменников САПР НСЭиУ повышает произво-дительность труда при проектировании и, следовательно, уменьшает число конструкторов; обеспечивает оптимизацию конструкций НСЭиУ в
соответствии с конфигурацией и размерами испарителей; повышает уровень унификации технологических процессов изготовления НСЭиУ для ГПС.
Литература
1. В.В.Янушко, С.А.Жмурко. Многоагентные системы в САПР (часть 1). Перспективные информационные технологии и интеллектуальные системы. ЮФУ, Таганрог, №1, 2007, ст.24-30.
2. А.Рыбаков, С.Евдокимов, А.Краснов, Н.Никонов. Переход от традиционных стандартов предприятия к компьютерным базам знаний. САД/САМ/САЕ Observer #4(13) 2003.
3. Меткин Н.П., Лапин М.С., Клейманов С.А., Критский В.М. Гибкие производственные системы. М.: Изд-во стандартов, 1989.
4. С.А.Халилов, А.Г.Гусейнов, А.Д.Керимов, Д.Ф.Мамедов. Компьютерная система выбора роботов при проектировании ГАП. Баку, АГНА, Ученые записи №4, 1994.
5. Еремин А.В., Лысенко Н.В., Немыткин С.А. Проектирование приспособлений для ГПС // Станки и инструменты, 1988, №7.
6. Алиев Р.А., Ахмедов М.А., Мамедов Дж.Ф.,
Гусейнов А.Г. Создание инструмента
автоматизированного проектирования нестандартных элемепнтов ГПС. «Автоматизация и современная технология», научно-технический журнал. М.: Изд-во «Машиностроение», №1, 2010, с. 28-32.
7. Берштейн Л.С., Карелин В.П., Целых А.Н. Модели и методы принятия решений в интегрированных интеллектуальных системах. Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 1999.
Сумгаитский государственный университет
DESIGN COMPUTING TECHNOLOGY OF NON STANDART MECHANICAL MODULES WITH APPLICATION OF KNOWLEDGE BASE A.H. Huseynov
In the paper the problem of building computing design of non standart mechanical modules of flexible manufacture system by machining are is considered. The problems of creation of anl informing data base and knowledge witc will allow to transmit before collected knowledge from the traditional standards of design to computer area are considered. Also on the example of the special lifting positione manipulator a algorithm of design with using freym-model is worked out
Key words: CAD, flexible manufacture system,. knowledge base, non standard mechanical modules
