CC BY
44
Автоматика. Информатика. Управление. Приборы
УДК 621.311:658.26
МЕХАНИЗМ СИНТЕЗА РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КОМПЛЕКСНЫХ САПР ТП - АСУТП Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо
Кафедра «Технология и автоматизация машиностроения»,
ГОУ ВПО «Тверской государственный технический университет»; [email protected]
Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым
Ключевые слова и фразы: искусственный интеллект; системный анализ; системы автоматизированного проектирования технологических процессов.
Аннотация: Приведены результаты исследования связей элементов системы автоматизированного проектирования технологических процессов для предприятий единичного и мелкосерийного производств позиций системного подхода.
Эффективность процедур синтеза решений в системах автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) во многом обуславливается обоснованностью входных и выходных информационных потоков каждого ее элемента (подсистемы). Известно, что одним из методов анализа информационных преобразований является теоретико-множественные подходы общей теории систем [1, 2]. Такие исследования крайне важны при разработке математических моделей сложных систем.
Приводятся результаты исследования правил преобразования информации при проектировании ТП в рамках комплексной системы (КС) проектирования автоматизированных систем и управления технологическими процессами (АСУТП) в условиях единичного и мелкосерийного производств.
Были определены основные подсистемы и выявлены взаимосвязи между ними, при этом САПР ТП задавалась множеством элементов (подсистем), каждому из которых соответствует своя операция (функция). Были учтены принципы, реализуемые при создании подобных систем для условий многономенклатурного производства, в частности комплексности, иерархичности, наличия обратных связей, обучения [3]. В соответствии с указанными соображениями представлена системная модель САПР ТП (рис. 1) с элементами обучения и осуществляющая процесс принятия решения на основе учета состояния технологической подсистемы ТхП . Иерархия процесса принятия решений в САПР ТП представлена слева направо, то есть оператор Rl обладает высшей иерархией по отношению к ^ - ^.
Рис. 1. Системная модель САПР ТП
Иерархия остальных элементов представлена в естественном виде. Операторы {(°} и {]Чг- } имеют высший приоритет по отношению к {Ri}; С - высший приоритет по отношению к {Oi} и { N }; В - по отношению к {Ri}; А - по отношению кВ и С. Операторы R1 -R4 осуществляют процесс принятия технологических решений (ТР) в САПР ТП.
Оператор R1 выполняет информационные преобразования, связанные с разработкой укрупненной схемы (УС) технологического маршрута,
R1:L1 х t х ^ Уь (1)
где Ll - сведения, содержащиеся в исходных данных (в конструкторской документации, различных стандартах, справочных материалах и так далее) и необходимые для синтеза УС; t - множество параметров, определяющих текущее состояние в ТхП, для оператора Rl здесь же указана очередность разработки технологий; —1 - множество параметров, определяющих обобщенный опыт проектирования УС; У[ = {уи } - множество параметров, определяющих синтезированные УС технологических маршрутов, у = 1, «1 .
Оператор R2 осуществляет синтез маршрутов (М) обработки детали:
R2:L2 х У/х t х —2 ^ У2, (2)
где У2 = {у2у} - множество параметров, определяющих возможные маршруты
обработки детали; у = 1, «2 ; L2 - множество параметров, содержащихся в исходных данных, необходимых для синтеза маршрутов обработки;
У (У = { у };У1 с У1; у = 1, Ш1, Ш1 < «1) - множество параметров, определяющих
рациональные варианты УС из числа синтезированных на предыдущем уровне;
W2 - множество параметров, определяющих обобщенный опыт проектирования маршрутов обработки.
Оператор Яз синтезирует варианты операционных технологий (ОТ) из числа рациональных ТР, отобранных на предыдущих уровнях,
Я3 :Ь3 х У1 х У2 х і х Wз ^ У3 , (3)
где Ь3 - множество параметров, описывающих сведения, содержащиеся в исходных данных, необходимых для синтеза ОТ; У2 (у2 = {у2у}; У2 с У2; І = 1 т2; т2 < п2) -
множество параметров, определяющих рациональные варианты синтезированных маршрутов; W3 - множество параметров, определяющих обобщенный опыт проектирования ОТ; У3 = {3 і } - множество параметров, определяющих возможные варианты синтеза ОТ из числа решений, отобранных на предыдущем уровне, І =1 п3 .
Оператор Я4 синтезирует управляющие программы (УП) для станков с ЧПУ. Если оборудование такого типа отсутствует, то информация от оператора Я3 адресуется оператору К0 ,
Я4:Ь4 х У х У2 х У3 х і х W4 ^ У4 , (4)
где Ь4 - множество параметров, описывающих сведения, содержащиеся в исходных данных и необходимые для синтеза УП; У3 (у3 с У3; У3 = {У3 у } І = 1, т3, т3 < П3) -множество параметров, описывающих рациональные варианты ОТ; W4 - множество параметров, описывающих обобщенный опыт проектирования УП; У4 = {У4 і } - множество параметров, характеризующих сведения, содержащиеся
в УП, і = 1, т4.
Операторы К1 - К3 осуществляют отбор рациональных решений на промежуточных уровнях, а оператор К6 - оптимального на последнем. Оператором К1 осуществляются две функции.
Первая функция Кц выполняет отбор рациональных вариантов УС технологических процессов из числа синтезированных операторами Я,
Кц : У х Уа ^ у, (5)
где Ус1 - обобщенный опыт по применению критерия на первом уровне с учетом опыта процесса технологического проектирования (ПТП) в целом, их реализации в ТХП и целевой функции.
Вторая функция К12 определяет разброс значений критериев решений, синтезированных Я,
К12 : {11 }= У1 ^ Ql ={?11 }, (6)
где Ql - множество параметров критериев выбора, соответствующих решениям {1у}.
Функции оператора К2 :
К21 : У2 х УС2 ^ У2; К22 : {у2у }= У2 ^ Q2 = {?2у }, (7)
где Ус2 - обобщенный опыт применения критериев отбора на уровне проектирования М с учетом опыта ПТП в целом, отработки ТР в ТхП и глобальной целевой функции; Q2 = {^2 у } - множество параметров критериев выбора решений на втором уровне, соответствующих У2 .
Функции оператора К3 :
К31 : У3 х УС3 ^ У3; К32 : {у3у }= У3 ^ Q3 = {Чзу }, (8)
где УС3 - обобщенный опыт применения критериев на уровне проектирования ОТ с учетом опыта ПТП в целом, отработки ТР в ТхП и глобальной целевой функции; Qз = {3у } - множество параметров критериев выбора решений на втором уровне, соответствующих У3.
Функции оператора К0 :
К01 : У4 х УС0 ^ У4; К02 : У4 ^ ^ = {?4у }, (9)
где Усо - опыт применения глобального критерия выбора ТП в целом и отработки ТР в ТхП; ^ = {9Чу) - множество параметров целевой функции ТП в целом,
соответствующих У4 = {у4у } у = 1,П4; «4 < Ш4 .
Операторы N1 - N4 выполняют накопление информации в результате работы операторов R1 - R4, К1 - К3 и К0 .
Оператор N1 выполняет функции накопления опыта и оценки вариантов проектирования на первом уровне.
Первая функция N11
N11^1' ^Д1У', (10)
где Д1У1 - множество параметров, характеризующих новые знания, полученные из отобранных синтезированных вариантов, то есть оригинальные ТР по УС для определенных типов деталей.
Вторая функция N12
N12^1 х У2 ^ДУс1, (11)
где ДУС1 - множество параметров, характеризующих разброс значений критериев для отобранных вариантов оригинальных решений и ТР, являющихся аналогами ранее полученных, в привязке к параметрам решений на данном уровне.
Функция оператора N2
N21: У2 ^Д1У2, (12)
где Д1У2 - множество параметров, характеризующих новые знания полученные из отобранных на уровне синтезированных вариантов М;
N22^2 х У2 ^ДУс2, (13)
где ДУс2 - множество параметров, характеризующих значения критериев для рациональных оригинальных маршрутов и являющихся аналогами ранее разработанных, в привязке к параметрам решений, отобранным на первом и данном уровнях.
Функция оператора N3
^1:У3 ^А1У3; N32:Q3 х У3 (14)
где А1У3 - множество параметров, характеризующих новые оригинальные решения из числа отобранных на уровне ОТ; АУс3 - множество параметров, характеризующих значения критериев для рациональных оригинальных ОТ, а также для решений, являющихся аналогами ранее принятых, в привязке к параметрам решений, отобранным на первом, втором и данном уровнях.
Функция оператора N4
N41: У4 ^А1У4; N42:Q4 х У4 ^ АУс4 , (15)
где А1У4 - множество параметров, определяющих новое оригинальное ТР из числа отобранных на уровне разработки УП; АУс4 - множество параметров, определяющих значения критериев для новых вариантов УП, и для решений, являющихся аналогами ранее принятых, в привязке к параметрам решений, отобранным на первом, втором, третьем и данном уровнях.
Оператор ^ накапливает информацию по реализованным синтезированным ТР всех уровней в ТХП:
^2:У"^А2У2; ^^"^У; ^^У'^У, (16)
где У” - множество параметров, характеризующих фактическое состояние изделия после реализации в ТХП разработанных ТР; А2У1, А2У2 , А2У3, А2У4 -множество параметров, характеризующих новые результаты реализации в ТХП решений по определенным классам деталей, а также частоту получения аналогичных результатов по УС, М, ОТ и УП соответственно. По существу, множества А 2У1 - А2У4 характеризуют новые результаты внедрения технологии в производство.
Операторы О1 - О4 производят обобщение опыта проектирования на уровнях ПТП, исходя из анализа параметров синтезированных ТР и фактического состояния изготавливаемого объекта после прохождения ТХП:
О1 : А1У1 х А2У1 ^ W1; О2 : А1У2 х А2У2 ^ W2;
О3 : А1У3 хА2У3 ^ W3; О4 : А1У4 хА2У4 ^ W4. (17)
Оператор С устанавливает и обобщает опыт применения критериев на различных уровнях ПТП:
С1 : Ь0 х АУС1 ^ УС1; С2 : ^0 х АУС2 ^ УС2;
С3 : Ь0 х АУС3 ^ УС3; С4 : ^0 х АУС4 ^ УС4 , (18)
где Ь0 - множество параметров, определяющих целевую функцию и организационно-экономические ограничения для ПТП в САПР ТП.
Функция оператора Р состоит в определении множества параметров, определяющих качество изготовленных изделий, полученных при реализации ТП в ТХП:
р : у; ^ У" .
Функция оператора В состоит в выделении массивов информации {ь, }= {Ь1,Ь2,Ь3,Ь; }, необходимой для синтеза ТР на каждом уровне:
В1:0 —— Ц; В2 :0 —— Ь2; В3 :0 —— Ь3; В; : О —— Ь; , (19)
где Б - множество параметров, списывающих исходные данные для осуществления синтеза решений; ь1, ь2, ь3, ь4 - множество параметров - исходных данных, необходимых для синтеза УС, М, ОТ и УП соответственно.
Оператор А реализует следующие функции системы управления верхнего уровня:
А1 : Ъ — Б; А2 : Ъ — Ь0, (20)
где Ъ - директива на разработку ТП и производство изделий.
Совокупность операторов Р1 - Я; представляет собой механизм или алгоритмы синтеза решений в САПР ТП.
Операторы N1 - N4 выполняют накопление информации о спроектированных ТП и решений по УС, М, ОТ и УП, а оператор ^ выполняет функцию накопления фактических параметров изделий после реализации ТП. Следовательно, указанные операторы - подсистема накопления информации в САПР ТП.
Операторы О1 - О4 - подсистема обобщения информации по проектированию и реализации ТП. В совокупности операторы N1 - N4, N и О1 - О4 реализуют сторону процесса обучения, связанную с синтезом новых правил проектирования.
Совокупность операторов К1 - К3 и К 0 - алгоритмы отбора решений на уровнях ПТП. Их совокупность - подсистема оценки отбора решений, построенная на эвристических критериях, которая позволяет резко сузить пространство поиска.
Оператор С служит для обобщения, уточнения и перестройки эвристических критериев отбора, то есть реализует вторую сторону процесса обучения, связанную с оценкой вариантов ТП.
Осуществление связи с АСУТП по параметру і позволяет выполнять проектирование, исходя из сложившейся ситуации в ТХП, что отвечает требованиям, предъявляемым к системам искусственного интеллекта.
Оператор В выполняет функцию ввода в САПР ТП исходных данных, необходимых для проектирования. Оператор Р выполняет оценку качества изделий, изготовленных в ТХП. Оператор А не относится непосредственно к САПР ТП -это система управления организацией. Операторы Р1 -Р;,К0, К -К3, ^, N1 - N4 должны выполняться в автоматическом режиме. Операторы О1 - О4, С допускают использование диалоговых процедур, оператор Р - работает автоматически, однако информация в него вводится в ручном режиме.
Выводы
Функциональное рассмотрение САПР ТП позволило распределить функции в рамках человеко-машинной системы, оптимизировать проектные процедуры с точки зрения обоснованности информационных преобразований и обеспечить возможность разработки математических моделей принятия решений с элементами искусственного интеллекта.
Список литературы
1. Волкова, В.Н. Основы теории систем и системного анализа / В.Н. Волкова,
А.А. Денисов. - СПб. : Изд-во СПб. гос. техн. ун-та, 1999. - 211 с.
2. Кафаров, В.В. Решение задачи технической диагностики непрерывного производства с помощью интервального анализа / В.В. Кафаров, Б.В. Палюх, В.Л. Петров // Докл. АН СССР. - 1990. - Т. 311, № 3. - С. 677-680.
3. Капустин, Н.М. Принятие и оценка решений при формировании операций механической обработки / Н.М. Капустин, Г.Б. Бурдо // Изв. вузов. машиностроения. - 1980. - № 6. - С. 137-141.
Technique of Solutions Synthesis in Designing of Technology Processes for Complex Systems CAD - PCS
B.V. Palyukh, G.B. Burdo
Department “Technology and Automation of Engineering”,
Tver State Technical University; [email protected]
Key words and phrases: artificial intelligence; automated design system of technological processes; system analysis.
Abstract: The paper shows the results of the research on the connection between the elements of the technological processes automated design system for small-series production enterprises from the position of the system analysis.
Mechanismus der Synthese der Losungen bei der Projektierung der technologischen Prozesse in den komlexen SAPR TP - ASUTP
Zusammenfassung: Es sind die Ergebnisse der Untersuchung der Verbindungen der Elementen des Systems der automatisierten projektierung der technologischen prozesse fur die Betriebe der Einzeln- und Kleinserienproduktion der positionen des Systemherangehens angefuhrt.
Mecanisme de la synthese des solutions lors de la conception des processus technologiques dans les CAO des processus technolohgiques des systemes automatises et de la commandes des processus technolohgiques complexes
Resume: Sont cites les resultats des etudes des liens des elements du systeme de la conception automatisee des processus technologiques pour les entreprises de la production unitaire et en petites series des positions de l’approche systemique.
Авторы: Палюх Борис Васильевич - доктор технических наук, профессор, ректор; Бурдо Георгий Борисович - кандидат технических наук, профессор кафедры «Технология и автоматизация машиностроения», ГОУ ВПО «Тверской государственный технический университет».
Рецензент: Мешков Владимир Валентинович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология и автоматизация машиностроения», ГОУ ВПО «Тверской государственный технический университет».
