CC BY
17УДК 621.91 / 004.02 / 004.9 / 005 / 006.72 doi:10.18720/SPBPU/2/id21 -355
Колыбенко Евгений Николаевич1,
канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник
ПОДХОДЫ К СРЕДСТВАМ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОДГОТОВКИ МЕХАНООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА ПО ВСЕМУ ЦИКЛУ
1 Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет, е.n.kolybenko@mail.ru
Аннотация. Знания информационных автоматизированных технологий для решения проектных задач практики технологической подготовки производства обработкой резанием в настоящее время направлены на разработку средств искусственного интеллекта. Принципиально важно определить уровень развития используемых при этом методов и средств формализации знаний. В основу формализации традиционных знаний положены часто не актуализированные понятия и соответствующие им методы, средства, алгоритмы, операции. Проектные задачи решаются в режиме диалога пользователей, в основу которого положена элементная база конструкторской подготовки производства и функционально различные средства системотехники. Предложенное направление формализации знаний не позволяет достигать необходимых целевых функций их практической значимости и целей экономической эффективности проектных работ, выхода в САПР достаточного уровня не имеет. Необходима технология системной инженерии, в основу которой положена технологическая элементная база решения проектных задач с опорой на актуализированные понятия и соответствующие им методы, средства, алгоритмы, операции в структуре базы знаний.
Ключевые слова: технологическая подготовка, машиностроительное производство, обработка резанием, системный анализ, информационная технология, моделирование решений, системотехнология.
Evgeniy N. Kolybenko1,
Candidate of Technical Sciences, Chief Researcher
APPROACHES TO ARTIFICIAL INTELLIGENCE TOOLS IN INFORMATION TECHNOLOGY OF AUTOMATION OF MACHINING PREPARATION THROUGHOUT THE CYCLE
1 Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia, е.n.kolybenko@mail.ru
Abstract. Knowledge of information automated technologies for solving the design tasks of the practice of technological preparation of production by cutting processing is
currently aimed at developing artificial intelligence tools. It is essential to determine the level of development of the methods and tools used to formalize knowledge. The formalization of traditional knowledge is based on often not updated concepts and their corresponding methods, tools, algorithms, operations. Design tasks are solved in the user dialogue mode, which is based on the elementary basis of design preparation of production and functionally different means of system engineering. The proposed direction of knowledge formalization does not allow to achieve the necessary target functions of their practical significance and goals of cost-effectiveness of design works, it does not have sufficient level to reach CAD. System engineering technology is needed, which is based on the technological element base for solving design problems based on updated concepts and methods, tools, algorithms, operations in the structure of the knowledge base.
Keywords, technological preparation, engineering, cutting processes, system analysis, information technology, solutions modeling, system technology.
Введение
Проведём анализ информационных технологий работ [12, 13] в их частях связанных с автоматизацией проектных работ в технологической подготовке машиностроительного производства не строго соблюдая общую структуру предложенных материалов в развитии искусственного интеллекта соответствующих знаний, а следуя логике изложения альтернативных направлений знаний. Оптимистично то, что возможности существования таких знаний определённых «средствами компьютеризации инженерной деятельности по отдельным тематическим разделам» [13, п. 2.2] не исключаются.
Введем формализованные обозначения по тексту материала: ТПП (ОП) — технологическая подготовка основного (резанием) производства,
КПП — конструкторская подготовка производства, ТПП (ЗП) — технологическая подготовка заготовительного производства.
|.. .| — (значение, обозначение) элемента знаний или параметра, {...} — множество объектов знаний и проектных решений. Технологии работ [12, 13] изложены с использованием теории построения онтологических систем: (онтос — сущее, логос — учение) [13, п. 2.2]. При изложении теории построения онтологических систем обращено внимание на философские корни этого направления познания функционально различных технологических систем и далее на последовательный диалектический переход к теории познания (гносеологии). Действительно, на бытовом уровне нередко можно услышать: «Когда решение каких-либо сложных проблем традиционными методами за-
труднено существенно, то необходимо переходить к философии». Направление выхода из подобных затруднений видится в системных принципах теории познания какой-либо предметной области знаний. В частности, например: «Научная теория — видно то, что видно с закрытыми глазами»; «Системный анализ знаний труден для восприятия, но его результаты лаконичны и красивы». Декарт: «Определив точно значение слов, вы избавите человечество от половины заблуждений».
Необходимо различать целевые (свойства, функции) практической значимости соответственно (понятий, знаний). Целевые свойства понятий: (семантические, синтаксические, символические) [20]. Целевые функции знаний следуют из формулирования понятий.
В технологиях работ [12, 13] акценты на семантические и синтаксические целевые свойства понятий сделаны, но эти свойства по существу положены только в основу формирования словарей используемых понятий в связи с их символическими (формализованными) обозначениями.
Расставим акценты в подходе к знаниям по двум принципиально важным их направлениям. Необходимо различать функции организации и управления. Объективно это различие находит своё подтверждение в суждении акад. А. И. Берга считаемом справедливым: «Нельзя хорошо управлять плохо организованным объектом» [14]. Это суждение, безусловно, расставляет акценты на приоритете технологических систем организации, которые и являются основой для рассмотрения процессов управления преобразованиями в системах организации. Функция управления каким-либо преобразованием всегда конкретна, реализуется в отношении соответствующей технологической системы.
1. Системотехника и системотехнология
Технологии (понятия, методы, соответствующие средства, алгоритмы, операции) решения задач практики каких-либо предметных областей необходимо рассматривать в двух принципиально различных направлениях их знаний: (системотехника, системотехнология).
Примечательно, что в технологиях работ [12, 13] приведено соответствие понятий: «сущность — класс информации» [13, п. 2.2]. Это привлекательно тем, что рассматриваемые два направления знаний: (системотехника, системотехнология) — два разных класса информации.
Системотехнология в её интерпретации как технология системной инженерии для проектных решений задач практики ТПП (ОП) предложена в работе [5]. Эта технология оперирует с геометрическими объектами, которые, как известно, идеальны.
Обоснование различия понятий «системотехника» и «системная инженерия» (далее — «системотехнология») приведено в работах [6, 7] для информационной детерминированной технологии высокого уровня автоматизации решения задач практики в предметной области знаний.
В основу различия рассматриваемых технологий положено различие трёх групп понятий: «математическое и логическое» моделирование; «параметрическая и структурно-функционально-параметрическая» модель; «диалоговые и детерминированные» системы для управления проектными решениями. Первые составляющие в каждой группе понятий характеризуют понятие «системотехника» для технологических процессов управления преобразованиями материальных объектов, вторые — понятие «системотехнология» для технологических систем организации информационных объектов знаний.
Системотехника — управление какими-либо технологическими процессами (отображения, преобразования) свойств как функционально различных материальных объектов, так и сред взаимодействия материальных объектов в условиях их динамической настройки по технологии информационного математического моделирования [6]. В основу системотехники положены средства математического аппарата соответствующие решению поставленных задач для управления преобразованиями отдельных параметров [7] и групп параметров.
Динамическая настройка технологических процессов предполагает применение сил функционально различной природы и учёт функционально различных погрешностей взаимодействия материальных объектов полученных в результате их экспериментальных измерений. Так, например, для преобразования функционально различных элементов геометрической формы из их состава в структуре материальных исходных заготовок или заготовок положены функционально различные методы обработки резанием.
Системотехнология — организация каких-либо технологических систем (отображения, преобразования) свойств как функционально различных информационных объектов, так и сред взаимодействия элементов структуры информационных объектов в условиях их статической настройки по технологии информационного логического моделирования [6], в основу которой положены (методы, средства, алгоритмы, операции) соответствующие решению проектных задач.
2. Технологический процесс познания и технологическая система познания
Статическая настройка технологических систем не предполагает применение каких-либо сил, но предполагает учёт нормативно упорядоченных допускаемых отклонений в точности функционально различных параметров проектного качества для основных элементов интеграции информационных объектов полученных в результате экспериментальных измерений соответствующих погрешностей в условиях динамической настройки технологических процессов взаимодействия материальных объектов. Так, например, для преобразования функционально различных элементов формы в структуре информационных исходных заготовок и заготовок положены функционально различные методы геометрического формообразования.
Средства технологии информационного логического моделирования: концептуальные понятия, системный анализ знаний, теория графов, теория множеств. Концептуальные понятия: («материал», «отображение», «преобразование отображения», «структура», «множество», др.). Теория графов: «графы структуры»; «диаграммы Венна» [18] для иллюстрации связей (объединения, пересечения, наложения) между функционально едиными объектами рассмотрения; графические формализованные обозначения понятий встраиваемых в структуру. Теория множеств в составе функционально различных «логических операторов» для высказывания утверждений наложением связей между формализованными обозначениями понятий.
Информационные объекты обычно рассматривают по принадлежности одноименной природе, определяют средствами системотехнологии. Материальные объекты рассматривают по принадлежности функционально различной (технической, физической, химической, биологической) природе, определяют средствами системотехники. Если идентифицировать природу общества как самостоятельную предметную область, то решение задач её практики возможно как средствами системотехноло-гии, так и системотехники.
Для познания материала (технической, физической, химической, биологической, информационной) природы и общества у человека есть только функция его целеполагания мыслительной природы. Эта функция, исходя из наличия у человека только некоторого первичного непознанного материала, может быть определена только на основе связи трех её составляющих (информационная, логическая, контрольная и управляющая) [17].
Функции целеполагания современного обобщённого «человека мира» на основе системного анализа накопленных знаний множества функционально различных предметных областей прошли чрезвычайно сложный эволюционный путь своего развития. В основу формирования функции целеполагания человека положены три установочных концептуальных понятия: (материал, отображение, преобразование отображения) в их информационной и логической связи органического единства отрицающей раздельное рассмотрение. Эти три понятия и все последующие определяемые на их основе в распределении по предметным областям знаний — основополагающие для развития человеком своей функции системного анализа знаний.
Для познания какого-либо первичного материала актуально введение понятия «технологический процесс познания». Это понятие находится в органическом единстве его информационной и логической связи с понятием «технологическая система познания». Функции технологических процессов познания рассматриваем по направлениям (первично, вторично). Первично — направлены на определение реальных технологических систем организации функционально различных работ: (проектирования, производства, контроля, эксплуатации, обработки информации) и др. на их возможном множестве; вторично — на определение технологических систем их познания по мере накопления необходимых информационных материалов. Технологические системы познания — прототипы реальных технологических систем организации. Реальные функционально различные технологические системы организации — аналоги технологических систем их познания. Элементами структуры реальных технологических систем могут быть как информационные объекты, так и материальные объекты.
В основу организации проектных работ пользователя с реальными технологическими системами какой-либо предметной области положен мыслительный или информационный диалог, рассматриваемый как функция технологического процесса управления обработкой бумажной или в электронном виде информации для её преобразования и отображения в проектном решении.
Целевые свойства практической значимости понятия «технологическая система познания» приобретённые в процессе эволюции функции целеполагания человека: (концептуальность, инвариантность, объектная ориентированность); системные принципы подхода к определению какой-либо предметной области знаний.
Концептуальность — наличие системных кванторов: (общность, всеобщность, существование) в функционально единой технологии познания предметной области. Распределение функционально единой технологии познания в две части информации: инвариантная безразмерная, типовая объектно-ориентированная размерная — концептуальное целевое свойство системотехнологии.
Системные принципы — информационные логические утверждения подхода к решению задач исследования технологических систем или процессов функционально различного назначения в условиях соответственно их статической, или динамической настройки средствами соответственно технологии системотехнологии или системотехники проверенные множественной практикой их использования.
Системные принципы в системотехнологии — некоторое информационное подобие формулам, используемым при анализе процессов в условиях их динамической настройки.
Целевые функции практической значимости понятия «технологическая система познания» в частности — организация крупных сложных многофункциональных систем. Понятие «организация» далее рассматриваем на основе соответствия понятию «структура».
Структура — строение (организация) какого-либо информационного объекта определённая соответственно методами декомпозиции в составе элементов структуры и методами синтеза наложением функционально различных рабочих связей: (вид, метод наложения, функции) между элементами структуры (одного, различных) уровней структуры; в основу которой положены параметры проектного качества основных элементов (интеграции, дезинтеграции) структуры.
Методы (декомпозиции, синтеза) — методы верхнего уровня преобразования знаний «запускающие» функцию налаживания алгоритмов в технологии отображения и преобразования традиционных знаний какой-либо предметной области в структуру её базовых объектов знаний функционально различных типов генерированием системных принципов управления и контроля в процессе обеспечения структуре функции органического единства связи её информационной и логической составляющих.
Неструктурированные знания аморфны, к решению задач практики на компьютере малопригодны, функции их практической значимости и экономической эффективности отсутствуют либо незначительны.
Понятие «технологическая система познания» в конечном итоге накопления свойств её понятий и функций знаний, следующих из их
формулирования, обладает целевыми свойствами его практической значимости, в частности — свойствами системных исследований знаний структуры функционально различных технологических систем (проектирования, производства, контроля, эксплуатации, обработки информации) и др. на их возможном множестве.
В работах [12, 13] изложены технологии исследовательских и проектных работ в их ориентации на функционально различные предметные области знаний с использованием импортных технологий «метаинстру-ментальной среды СПРУТ и прикладных систем SprutCAM, СПРУТ-ТП и СПРУТ-ОКП» [12. Предисловие]. Примеры реализации этих технологий рассмотрены преимущественно для технической (КПП, ТПП) подготовки механообрабатывающего производства. ТПП механообработки, безусловно, крупная сложная многофункциональная система. По функциям решаемых в ней задач её распределяют в два направления ТПП (ОП, ЗП).
Технологии информационного автоматизированного решения задач практики в предметных областях (ТПП (ОП), КПП) функционально находятся в информационной и логической связи их органического единства |У| отрицающей раздельное рассмотрение.
Технологии работ [12, 23] изложены сложным языком, видимо, это обусловлено влиянием языков изложения предложенных импортных технологий в их оригиналах. Однако такое изложение знаний для их восприятия широкой научной общественностью в наследуемой среде её подготовки на основе соответствующих отечественных знаний признаваемых классическими академическими [2, 3, 10, 16, 22, 23] затруднено существенно. Справедливо сформулированное в работе [13, п. 2.2] положение: «Искусство проектирования заключается в выборе рациональной меры сложности, учитывающей баланс интересов изготовителя и заказчиков».
3. Системы моделирования проектных решений
В условиях стремительной информатизации всех сфер человеческой жизни, прежде всего, необходим системный анализ упущенных возможностей в знаниях наших предшественников, определение необходимых направлений их развития и принятие решений для их реализации. Альтернативное решение в том чтобы найти наглядные доступные средства отображения и преобразования базы знаний ТПП (ОП), во всей полноте её функций исполняемых для достижения целей экономической эффективности проектных решений, как ТПП (ОП), так и КПП. Новые знания позволят определить возможный уровень их развития и их надлежащее место.
«При проектировании сложных изделий широко применяются системы, предназначенные для инженерных расчетов, анализа и модели-
рования физических процессов (computer-aided engineering — САЕ)» [13, п. 2.2]. Моделирование физических процессов далее не рассматриваем, так как этим условиям соответствуют решения системотехники. Насколько оправдано использование систем «САЕ» для инженерных расчётов в технологии информационного логического моделирования проектных решений в стадии ТПП (ОП) — предмет отдельного рассмотрения.
Проектные решения стадии КПП рассматриваем только те, которые имеют непосредственные информационные и логические связи с решениями стадии ТПП (ОП) по функциям оперирования с геометрическими объектами в системотехнологии.
В работе [13, п. 2] есть понимание, что информация бумажных носителей «...содержится в чертежах изделий, которые не могут быть подвергнуты автоматизированной обработке». Исходя из этого в технологии работ [12, 13] примеры проектных решений стадии КПП в основном ориентированы в двух направлениях. 1). Моделирование графических отображений функционально различных (деталей, сборочных узлов) изделий конструирования — электронных аналогов соответствующих бумажных чертежей. 2). Моделирование графических отображений функционально различных исходных заготовок для ТПП обработкой резанием — электронных аналогов соответствующих бумажных чертежей. В существующей практике электронного формирования графических отображений изделий (КПП, ТПП (ОП)) широко используются AutoCad и Компас, рассчитанные на профессиональную подготовку пользователей, каких-либо ссылок на эти графические средства в работах [12, 13] нет.
Форма представления структуры систем моделирования определена исходя из выбранных средств диалога с пользователями средствами конструкторской элементной базы. О достаточности состава основных элементов интеграции соответствующей конструкторской элементной базы для управления диалогом пользователя с системами моделирования судить трудно, акценты сделаны только на некоторые из них. Для обеспечения условий сборки изделия и исполнения его рабочих функций в эксплуатации основные элементы интеграции конструкторской элементной базы нужны в их полном составе. Пример представления состава основных элементов (средств) интеграции конструкторской элементной базы для их обеспечения соответствующими параметрами проектного качества приведен автором на рисунке 1. Группа объёмных поверхностей — предмет отдельного рассмотрения.
«Основным переменным» в системе понятий работы [12, п. 1.1] соответствует состав основных элементов интеграции конструкторской элементной базы (рис. 1) в их связи с параметрами проектного качества
для обеспечения изделиям конструирования надежность функций их служебного назначения в эксплуатации. Акценты на (связи, отношения) между «основными переменными при определенном наборе параметров» в работе [12, п. 1.1], казалось бы, сделаны. Однако глубинные целевые функции знаний «основных переменных» в конкретном их смысловом значении для геометрических объектов стадий (КПП, ТПП (ОП)) по существу не раскрыты. «Основные переменные» используемой конструкторской элементной базы рассмотрены неявно. Так, например, понятие «отношение» имеет много различных функций. Введение в обращение понятия «топология» (связей, отношений) между «основными переменными» ничего не меняет. В системотехнологии «топология» определена на рисунке 1: в части (отношений, связей) взаимного расположения — в группах (3, 4 ); в полном составе — в пяти группах.
Необходимо отметить, что при переводе в стадии КПП бумажных чертежей в их электронную форму целевые функции практической значимости проектных решений стадии ТПП (ОП) по функции автоматизации их связи с решениями стадии КПП не достигаются. Эти связи объективно прерваны по причинам, изложенным в работах [8, 11].
Рис. 1. Пять групп основных элементов для интеграции структуры деталей и сборочных узлов в составе конструкторской элементной базы
Представленные в работах [12, 13] технологии искусственного интеллекта (ИИ) в части графических отображений (деталей, сборочных узлов) стадии КПП и заготовок стадии ТПП (ОП) — только фрагменты информационных и логических связей между этими стадиями.
В технологиях работ [12, 13] для ТПП (ОП) используется понятие «...система автоматизированного проектирования технологических
процессов (ТП)... При проектировании ТП используются данные архива ранее спроектированных ТП, данные об имеющихся унифицированных ТП, средствах технологического оснащения и т. п.» [13, п. 3.1]. Однако такая семантика понятия «ТП» некорректна. В конечном результате проектных работ стадии ТПП (ОП) средствами информационной автоматизированной технологии определяется структура технологических систем (не процессов) геометрического образования элементов формы на рабочих машинах в пределах операций и в системах рабочих машин по маршруту операций. Решение проектных задач объективно основано на оперировании с геометрическими объектами — элементами формы в структуре исходных заготовок или заготовок и информационными изделиями — рабочими машинами (станками обеспеченными их технологическим оснащением). В работе [9] дано различие понятий «станок» и «рабочая машина» — станок, хотя и основной, но только один из элементов структуры рабочей машины.
В стадии ТПП (ОП) также предусмотрен этап наладки проектных систем организации в условиях реального производства по функциям их включения в экспериментальные технологические процессы реального производства методами обработки резанием. Успешные испытания проектных решений завершаются актом приёмки в производство.
В связи с понятием «ТП» в технологиях работ [12, 13] рассматриваются методы создания баз знаний структурного синтеза функционально различных «ТП». «Входными данными является конструктивное описание изделия в виде объектных и геометрических моделей». «...необходимые описания деталей и сборочных единиц выполняются в процессе проектирования технологии». «Выходная информация представляется в соответствии с принятыми стандартами». «Конструк-торско-технологические модули формируют из элементов формы и технологических переходов их обработки (табл. 2.15)». «Детали дополнительно к общим параметрам характеризуют видом исходной заготовки». Таким образом работает система СПРУТ-ТП» [13, п. 3.1]. Из этого следует, что акценты сделаны на выбор модуля конструкции изделия в связи с возможными вариантами преобразования составляющих его элементов различными методами обработки резанием (как можно предполагать — это данные на входе в систему обработки информации). Данные выхода формируются для подлежащих преобразованиям элементов конструкции на основе их геометрических и размерных параметров. Рассматривается выбор вариантов для преобразований элементов конструкции и их организационная привязка (как можно предполагать на основе принятых стандартов АСТПП, САЕ) к возможным вариантам технологических операций на рабочих машинах для обработки резанием по их маршруту в системе рабочих машин.
Принципиально важно знать с какими форматами проектных решений работают технологии работ [12, 13]. В системотехнологии рассматриваются два вида формы отображения знаний: (традиционная мыслительная не формализованная, формализованная информационная). Практическая значимость оперирования неформализованными знаниями в достижении необходимых целевых функций эффективности работ ТПП (ОП) заведомо низкая. Оперировать необходимо подготовленными средствами формализованных знаний с выходом работ в САПР.
Также в работах [12, 13] отмечено: «Несмотря на то, что такие форматы, как IGES и STEP, охватывают широкий набор предметных областей, существуют корпоративные форматы хранения и передачи информации о геометрической форме изделия. К ним относятся, например, формат XT геометрического процессора Parasolid фирмы Siemens PLM Software или формат SAT ядра геометрического процессора ACIS фирмы Spatial Technology» [13, п. 3.1].
Только формализованные знания информационной природы пригодны для автоматизированной обработки их информации на компьютере. Обратим внимание на суждение И. В. Гете в работе [4]: «Материал видит всякий, содержание находит лишь тот, кто имеет с ним нечто общее, а форма остается тайной для большинства... Форму нужно так же хорошо переварить, как материал, но переварить её много труднее». Между элементами знаний в рассматриваемой триаде познания должна соблюдаться последовательность их связи: материал ^ содержание ^ форма отображения, так как содержание может меняться в зависимости от восприятия материала, а для одного и того же содержания может меняться форма его отображения.
Идентификатором информационной и логической связи понятий «материал», «содержание», «форма отображения» знаний являются два концептуальных понятия в их информационной и логической связи отрицающей раздельное рассмотрение: «метод декомпозиции» и «метод синтеза». Эти два метода: предназначены для преобразований структуры информационных объектов на их возможном множестве; рассматриваем на инвариантной основе относительно множества предметных областей.
Технология преобразования материала — элемента геометрической формы как основного элемента конструкции изделия принципиально важна для достижения целей экономической эффективности проектных работ ТПП (ОП) и безусловного обеспечения проектного качества деталям, сборочным единицам. Функционально единые элементы формы в структуре исходных заготовок и заготовок обладают свойствами кванторов органического единства и общности |V| в технологическом процессе их преобразования методами информационно логического моделирования по маршруту операций в системе рабочих машин.
Информационные и логические связи подлежащих преобразованиям элементов формы в единой среде с другими элементами формы в структуре исходных заготовок и заготовок принципиально важны для определения как содержания преобразования элементов формы, так и последовательности их преобразования.
В работах [12, 13] содержание преобразования элементов конструкции изделия — элементов формы в пределах технологических операций на рабочих машинах рассмотрено неявно. На определение содержания преобразования элементов формы в системотехнологии наиболее существенное влияние оказывают группы <1, 2, 5 ) (рис. 1).
В структуре систем рабочих машин задачи по преобразованию элементов формы решают по маршруту технологических операций. Однако в информационной автоматизированной технологии обеспечить непрерывность и гибкость решения этих задач средствами конструкторской элементной базы практически невозможно.
Множественные попытки автоматизации в технологии решения задач по последовательности преобразования элементов формы средствами конструкторской элементной базы, оперируя при этом только средствами аппарата математики неудачны, как, например, в работе [11].
На определение последовательности преобразования элементов формы по маршруту технологических операций в системотехнологии наиболее существенное влияние оказывают группы <3, 4) (рис. 1).
Содержание и последовательность преобразования элементов формы в структуре систем рабочих машин по маршруту технологических операций — отображение сущности в информационной автоматизированной высокого уровня технологии решения задач практики на основе соответствующего полного состава средств органичной для ТПП (ОП) технологической элементной базы знаний.
Отношения и связи взаимного расположения (рис. 1 — группы <3, 4)) обладают свойствами существования |3| (используются) в структуре базовых объектов знаний всех функционально различных типов, эти средства технологической элементной базы — важнейшие элементы базы знаний стадии ТПП (ОП) в её функциональной связи со стадией КПП.
Изложение какого-либо материала для организации автоматизированных связей между проектными решениями двух стадий ТПП (ОП) и КПП в технологии работ [12, 13] не приведено. Исходя из объективных трудностей, организация диалога пользователей технологии работ [12, 13] при решении задач выбора вариантов для преобразования элементов конструкции изделия по последовательности операций средствами стандартов АСТПП, «САЕ» вполне оправдана. Однако каких-либо перспектив перехода к детерминированной информационной тех-
нологии высокого уровня автоматизации решения задач практики ТПП (ОП) по всему её циклу эти технологии не имеют.
Принципиально важно отметить, что в технологии работ [12, 13] большой объем проектных решений представлен средствами функционально различных языковых средств объектно-ориентированной технологии формирования алгоритмов и операций для управления преобразованием и отображением преобразований решений по существу информационных объектов, которым соответствуют материальные объекты. Эти технологии их разработчики рассматривают как искусственный интеллект (ИИ) для принятия проектных решений.
В общем случае для генерирования проектных решений в какой-либо предметной области информационные технологии управления процессами преобразований реализуются в режиме диалога пользователя с соответствующими системами моделирования. В основу систем моделирования проектных решений как «min» должны быть положены базы данных проектных решений и как «max» — базы знаний предметной области. Создание баз данных предполагает наличие соответствующего класса предварительно подготовленной информации («сущности», [13, п. 2.2]) — баз знаний определённых в системотехнологии для информационных объектов и системотехники для материальных объектов. По каким направлениям у разработчиков онтологических систем [12, 13] для проектных работ (ТПП (ОП), КПП) есть подготовленная информация базы знаний — предмет особого интереса.
Формирование действительно необходимой базы знаний для стадий (ТПП (ОП), КПП) очень сложный длительный трудоёмкий процесс.
В общем случае в основу автоматизации решения задач практики какой-либо предметной области должны быть положены шесть видов обеспечения: (организационное, методическое логическое, нормативное, информационное, программное, техническое). Принципиально важно различать два направления формирования базы знаний какой-либо предметной области в их информационной и логической связи: база нормативно-справочной информации; база предметной информации. Оба направления формирования базы знаний для стадий (КПП, ТПП (ОП)) рассматриваем по четырем видам обеспечения: (организационное, методическое логическое, нормативное, информационное).
В основу формирования базы нормативно-справочной информации предметной области ТПП (ОП) положено решение семи масштабных трудоёмких задач. Первично — работа [9] на основе экспериментальных измерений размерных и геометрических погрешностей параметра «межпереходный» размер [3] какого-либо элемента формы в структуре исходных заготовок определяется структура его поля допуска. Экспериментальные измерения проводятся по векторам р: <^р1, р1, р2) относительно
плоскостей и «направляющей» оси в системах координат рабочих машин для обработки резанием. Интегральная погрешность «межпереходного» размера элемента формы определена в составе 11 —4| элементов структуры: 1). Интегральная погрешность по результатам решения задач базирования исходных заготовок или заготовок в рабочие машины; 2). Интегральный параметр «жесткость» рабочих машин для обработки резанием; 3). Погрешность по результатам решения задач для выхода рабочих органов станков в точку контакта режущей части инструмента с подлежащими преобразованиям элементами формы; 4). Погрешность по результатам решения задач базирования режущих инструментов в рабочие машины для обработки резанием; 5). Расчётные предельно допускаемые значения, полученные нормативным упорядочиванием интегральной погрешности «межпереходного» размера в структуре его поля допуска далее подлежат встраиванию в структуру межпереходного и общего припуска для подлежащих преобразованиям функционально различных элементов формы в структуре исходных заготовок и заготовок. Результаты решения задач 11 —5| позволяют решить задачу |6| — определение методических материалов для расчётов режимов резания на соответствующих рабочих машинах. Только решение всех шести задач в их информационной и логической связи единства и общности |У| отрицающей раздельное рассмотрение позволяет решить задачу |7| — обеспечение проектного качества изделиям конструирования в эксплуатации. Цикл работ |7| отмечен в работе [13, п. 6]: «Технические требования к изготовлению изделий (точность размеров, отклонения формы и положения элементов, шероховатость поверхностей, твердость материала и т. п.). без этих данных невозможно осуществлять автоматизированное проектирование ТП».
Можно констатировать, что в технологии решения задач практики ТПП (ОП) по всему её циклу методами и соответствующими средствами математического аппарата (системотехники) в условиях динамической настройки технологических процессов обработки резанием по существу решаются только две задачи: вторая и шестая. Первая задача решается в условиях статической настройки рабочих машин экспериментальными измерениями интегральной погрешности «межпереходного» размера для подлежащих преобразованиям резанием элементов формы в структуре исходных заготовок. В традиционных знаниях ТПП (ОП) первая задача в основном решалась средствами математики в технологических схемах базирования исходных заготовок и заготовок, что некорректно. Это связано с бытующим в практике псевдо понятием «погрешности базирования» [8] — как следствие некорректностей в [1]. Третья задача решается в условиях динамической настройки рабочих машин экспериментальными измерениями погрешностей вспомогательных позиционных и межпе-
реходных движений рабочих органов станков несущих заготовку и режущий инструмент. Четвертая задача решается в условиях статической настройки рабочих машин экспериментальными измерениями погрешностей между элементами структуры в системах координат рабочих машин и режущих частей инструментов.
Наличие базы нормативно-справочной информации ТПП (ОП) необходимое, но недостаточное условие для решения проектных задач, достаточное условие для этого — наличие базы знаний ТПП (ОП), которая аккумулирует решения практически всех своих проектных задач.
Задача формирования базы знаний средствами системотехнологии принципиально важна для достижения информационной технологией решения задач ТПП (ОП) по всему её циклу высокого уровня автоматизации, максимальной экономической эффективности и основных целевых функций практической значимости при безусловном обеспечении изделиям конструирования проектного качества. Готовность какой-либо предметной области знаний к реализации заявленных трёх функций решения задач её практики рассмотрена на основе отсутствия или наличия базы ее формализованных знаний.
4. Формализация знаний при разработке проектных решений
В существующей практике работ (КПП, ТПП (ОП)) в основном используются традиционные знания наших предшественников [2, 3, 10, 16, 22] недостаточного уровня их формализации в электронной форме их отображения. В их основу положены наиболее общие конструктивные и геометрические свойства деталей и сборочных единиц изделий конструирования с использованием для их определения параметров проектного качества основных элементов интеграции конструкторской элементной базы (рис. 1). Возможности реализации заявленных функций решения задач в работах наших предшественников отсутствуют.
Генерирование проектных решений для стадий (КПП, ТПП (ОП)) в диалоге с пользователями технологий работ [12, 13] средствами «ИИ» в условиях отсутствия необходимых баз знаний — вынужденная практика.
Основной первично необходимый системный принцип управления преобразованиями знаний каких-либо предметных областей по их функциям в иерархии структуры функций — наведение элементарного порядка в традиционных знаниях для создания предпосылок перехода к формализованным знаниям. Достижение заявленных трёх функций решения задач практики каких-либо предметных областей знаний на основе неформализованных знаний практически невозможно, перспектив выхода в САПР необходимого высокого уровня они не имеют.
Сформулируем системный принцип: «Существование «ИИ» возможно только в условиях наличия предварительно подготовленной обширной информации в структуре базы знаний предметной области».
В основу базы знаний какой-либо предметной области знаний должна быть положена совокупность её ранее определённых и новых актуализированных понятий информационно и логически связанная в математически строгую их систему. Понятия должны обладать достаточными семантическими, синтаксическими и символическими свойствами [20], необходимы для характеристики их целевых свойств и функции знаний следующих из их формулирования в их системной информационной и логической связи [5].
Важнейшим условием достижения информационной технологией решения проектных задач практики (ТПП (ОП), КПП) заявленных трёх функций решения задач их практики является (первичное, вторичное) управление решениями по функциям знаний пяти понятий в их информационной и логической последовательной связи: первичное — (систематизация, формализация, унификация, идентификация); вторичное — группирование. Функции знаний понятий распределены по определённым направлениям решения прикладных задач практики. Каждому направлению первичного управления решениями проектных задач соответствует свой базовый объект знаний, определённый на возможном множестве его решений. Системный анализ возможного множества решений реализуемых в базовых объектах знаний функционально различных типов позволяет определить их структуру. Проведение формализации знаний необходимо при достижении достаточного уровня систематизации знаний по направлениям решения задач практики. Формализация знаний предполагает: актуализацию необходимых ранее определённых и новых понятий, полученных в результате определения структуры базовых объектов знаний; присвоение понятиям формализованных обозначений на основе их символических свойств; унификацию формализованных обозначений понятий. Унификация проводится по семантическим и синтаксическим свойствам понятий приведением структуры понятий предметной области к единообразию с использованием тезауруса обозначений, в основе которого коренное понятие. Возможности достижения целей ТПП (ОП) в информационной автоматизированной технологии решения её задач на этапе первичной систематизации существуют только на основе определения полного состава средств интеграции органичной для ТПП (ОП) технологической элементной базы знаний. В структуре базовых объектов знаний функционально необходимых типов решаются задачи определения (понятий, методов, соответствующих средств, алгоритмов, операций). Только средствами технологической элементной
базы можно обеспечить информационные и логические связи органического единства и общности между всеми объектами взаимодействия (ТПП (ОП), КПП).
Структура базы знаний для решения задач по всему их циклу представлена на рисунке 2.
ХХХХХХХ. Классификация базовых объектов знаний функционально различных типов в их
___иерархии по семи уровням структуры базы знаний
предметной области
Х. X. Х. Х. X. Х. Х.
Параметры проектного качества основных элементов
интеграции в структуре объектов {детали} КПП и (интеграции, дезинтеграции) в структуре объектов {исходные заготовки} стадии ТПП (ОП)
Объекты взаимодействия основных базовых объектов знаний (первого и второго первого типа, четвертого типа)
Первый и второй базовые объекты знаний первого типа стадии ТПП (ОП): { технологические схемы} базирования (исходных заготовок, заготовок) и (базирования, геометрического образования элементов формы объектов) -инструментальные средства решения задач практики на их возможном множестве
Базовый объект знаний второго типа (информационное изделие стадии ТПП (ОП)) » {рабочие машины} материальной природы
Базовый объект знаний третьего типа - (информационное изделие стадии ТПП (ОП)) » {системы рабочих машин; подразделения производства: участок, цех, завод} материальной природы
Базовый объект знаний четвертого типа - { технологическая схема} базирования (деталей, сборочных узлов) стадии КПП - инструментальное средство решения задач практики ТПП (ОП) на их возможном множестве
Базовый объект знаний пятого типа - {информационное изделие стадии КПП}» { изделия конструирования} материальной природы
Рис. 2. База знаний предметной области в ее иерархии по семи уровням структуры базовых объектов знаний функционально различных типов
Базовые объекты знаний предметной области знаний необходимо распределить в два их вида: (основные, в составе основных).
Три основных базовых объектов знаний — в пятом и втором уровне структуры базы знаний определены в соответствующих технологических
схемах взаимодействия (сопряжения) элементов структуры ведомых объектов в общем случае с группой элементов структуры ведущих объектов в единой среде одного уровня структуры. Два в пятом уровне: базирование исходных заготовок и заготовок в рабочие машины; базирование элементов формы в рабочие машины и геометрическое образование элементов формы на рабочих машинах. Один во втором уровне — базирование деталей и сборочных узлов в изделия стадии КПП.
Два составных базовых объектов знаний: — рабочие машины и системы рабочих машин для обработки резанием определены в четвертом и третьем уровне структуры базы знаний. В структуру рабочих машин на правах элементов структуры включены два основных базовых объектов знаний определённые в пятом уровне структуры базы знаний. В структуру систем рабочих машин на правах элементов структуры включены три основных базовых объектов знаний: в пятом уровне структуры базы знаний — два, во втором уровне — один.
Состав объектов взаимодействия в шестом уровне структуры базы знаний. Подлежащие преобразованиям элементы формы в структуре исходных заготовок и заготовок. Рабочие органы станков несущие исходные заготовки или заготовки и режущий инструмент. Технологическое оснащение станков: режущие инструменты; приспособления для базирования и закрепления исходных заготовок и заготовок; приспособления для базирования и закрепления режущих инструментов. Детали и сборочные узлы изделий конструирования.
В предметной области ТПП (ОП) на рабочих машинах необходимо различать пять функций определения базы её знаний. Функции (1-3) — подготовка к процессу геометрического образования элементов формы.
1). Базирование деталей и сборочных узлов в изделия конструирования.
2). Базирование исходных заготовок и заготовок в рабочие машины.
3). Выход рабочих органов станков несущих исходные заготовки или заготовки и режущий инструмент в начальную точку контакта режущей части инструмента с подлежащим преобразованиям элементом формы и по окончании выхода — базирование элементов формы из их состава в структуре исходных заготовок в рабочие машины. Функция |3| может быть реализована и между технологическими переходами в пределах операций формообразования на рабочих машинах. 4). Геометрическое образование функционально различных элементов формы на их возможном множестве. 5). Выход из геометрического формообразования в центр неподвижной системы координат рабочей машины с ЧПУ.
Задачи базирования деталей и сборочных узлов в изделия конструирования решаем на единой типовой основе решения задач базирования исходных заготовок и заготовок в рабочие машины [8].
В информационной технологии решения задач практики ТПП (ОП) структура исходных заготовок и заготовок определена в составе двух информационно и логически связанных частей, каждая часть как ведомый объект преобразования. Одна часть используется в структуре базового объекта знаний для базирования исходных заготовок и заготовок в рабочие машины; другая часть — в структуре базового объекта знаний для базирования элементов формы в рабочие машины и геометрического образования элементов формы на рабочих машинах.
Структура режущих инструментов также определена в составе двух частей: хвостовая и режущая. Хвостовая часть используется для базирования инструментов в рабочие машины. Элементы структуры режущей части в их проекциях на соответствующие элементы в структуре систем координат рабочих машин используются для геометрического образования элементов формы на рабочих машинах.
Базовый объект знаний для базирования исходных заготовок и заготовок в рабочие машины определяем по функциям решения двух задач: базирования, объединения элементов в структуре ведомых объектов базирования.
В основу реализации функций для базирования исходных заготовок и заготовок в рабочие машины [8] положены три функции решения задач для определения (вида, метода наложения, функций) рабочих связей. Рабочие связи базирования (вид связи) налагаются в общем случае со стороны группы элементов структуры ведущего (базирующего) объекта на элементы в структуре систем координат ведомого объекта базирования функционально различными методами базирования (методы наложения связей). Определению подлежат объекты базирования как ведомые объекты преобразования. Эти базовые объекты знаний предназначены для исполнения в общем случае шести функций базирования (функции связей). Для их реализации определено не более пяти элементов структуры [8] каждый в своей системе координат, основная — ведущая неподвижная, другие — ведомые.
Функции базирования в их распределении по пяти элементам структуры ведомых объектов базирования и функционально различные методы базирования — средства технологической элементной базы.
В основу реализации функций объединения элементов в структуре ведомых объектов базирования [8] положены отношения и связи взаимного расположения (функциональные линии) — средства технологической элементной базы. В технологических схемах базирования связи налагаются на элементы в структуре систем координат ведомых элементов структуры относительно элементов в структуре координат ведущих элементов структуры. Использование
каких-либо движений или вращения рабочих органов станков при реализации функций объединения элементов структуры не требуется.
Базовый объект знаний для базирования элементов формы в рабочие машины и геометрического образования элементов формы на рабочих машинах определяем по функциям решения трёх задач: базирования элементов формы в рабочие машины, геометрического образования элементов формы на рабочих машинах, объединения элементов в структуре ведомых объектов геометрического формообразования.
В основу реализации функций для базирования элементов формы в рабочие машины [9] положены вспомогательные позиционные и межпереходные движения рабочих органов станков несущих исходные заготовки или заготовки и режущий инструмент для выхода в начальную точку контакта с подлежащим преобразованию ведомым элементом формы. Эта группа движений определена по принадлежности ведущим объектам взаимодействия — рабочим органам станков, реализуется по векторам р: <-1рь р1, р2) вдоль осей в системах координат рабочих машин. Информационно этим движениям соответствует наложение связей (функциональных линий) взаимного расположения на точку контакта подлежащего преобразованиям элемента формы с режущей частью инструмента относительно центра неподвижной системы координат рабочей машины с ЧПУ.
Функциональные линии соответствующие вспомогательным позиционным и межпереходным движениям рабочих органов станков несущих исходные заготовки или заготовки и режущий инструмент — средства технологической элементной базы.
В основу реализации функций для геометрического образования элементов формы на рабочих машинах положены три функции решения задач для определения ((вида, метода наложения, функций) рабочих связей). Рабочие геометрические связи (вид связи) определены по принадлежности ведущим объектам взаимодействия — рабочим органам станков. Связи налагаются функционально различными методами геометрического формообразования (методы наложения связей) на точку контакта подлежащего преобразованиям элемента формы со стороны режущих кромок инструмента [9] средствами исполнительных движений и вращения, а также врезанием движений рабочих органов станков несущих исходные заготовки или заготовки и режущий инструмент. Эта группа движений реализуется по векторам р: <^р1, р1, р2) вдоль осей в системах координат рабочих машин методами следа, двойного следа, копирования и врезания [21] (методы наложения связей) в условиях совмещения центров преобразуемых элементов формы и рабочих машин. Информационно этим движениям соответствует наложение связей (функциональных линий).
Функциональные линии соответствующие исполнительным движениям и вращению, а также врезанием движениям рабочих органов станков несущих исходные заготовки или заготовки и режущий инструмент — средства технологической элементной базы.
Функционально различные методы геометрического формообразования — средства технологической элементной базы.
Режущие кромки (функциональные линии) инструмента определены по принадлежности ведущему объекту взаимодействия — режущей части инструмента [9] в проекциях на оси в структуре систем координат рабочих машин по векторам р: <^р1, р1, р2).
Функциональные линии соответствующие режущим кромкам инструмента — средства технологической элементной базы.
В результате наложения рабочих геометрических связей формообразования определяются элементы структуры контурных образующих и направляющих функциональных линий [9] (функции связей), характеризующих преобразуемые на рабочих машинах элементы формы из состава в структуре исходных заготовок. Эти функциональные линии определены в проекциях на оси в структуре систем координат рабочих машин по векторам р: <^р1, р1, р2) в принадлежности элементам формы как ведомым объектам преобразования.
Элементы структуры контурных образующих и направляющих функциональных линий — средства технологической элементной базы.
Методы наложения функционально различных рабочих связей — специализированные методы идентификации возможного множества проектных решений необходимых для синтеза структуры каких-либо объектов знаний. В основу сопряжения каких-либо объектов в структуре технологических схем их взаимодействия (сопряжения) положен системный принцип, определённый в работе [18]: «Наибольшую информацию о множествах несут границы их сопряжения» — по границам сопряжения объектов определяются новые элементы структуры. Существование структуры основных базовых объектов знаний обеспечивают те исходные (ранее определённые) и полученные новые актуализированные понятия после формализации их обозначений встраиваемые в структуру на правах элементов структуры и связей между элементами структуры в одном или различных уровнях.
Структура составных базовых объектов знаний в технологии работ ТПП (ОП) определена по функциям отображения и преобразования возможного множества элементов формы из их состава в структуре исходных заготовок: в структуре рабочих машин — в пределах технологической операции; в структуре систем рабочих машин — по маршруту операции в пределах технологического процесса.
Каждый составной базовый объект знаний определён в соответствующем графе структуры по функциям объединения своих элементов структуры. В основу объединения элементов структуры положены три функции решения задач для определения (вида, метода наложения, функций) отношений и связей взаимного расположения.
Средства объединения элементов в структуре рабочих машин и систем рабочих машин — средства технологической элементной базы: отношения и связи взаимного расположения (функциональные линии). Связи налагаются на элементы структуры в системах координат ведомых схем для базирования элементов формы в рабочие машины и геометрического образования элементов формы на рабочих машинах относительно элементов структуры в системах координат ведущих схем для базирования исходных заготовок и заготовок в рабочие машины. Какие-либо движения или вращения рабочих органов станков для объединения рассматриваемых технологических схем не используются.
В структуре рабочих машин в пределах операции также необходимо использование вспомогательных (позиционных, межпереходных) движений по векторам р: <^р1, р1, р2) вдоль осей в системах координат рабочих машин. Реализация этих движений необходима между технологическими переходами преобразования элементов формы. Это необходимо для информационной и логической связи возможной совокупности функционально различных измерительных баз по элементам в структуре их систем координат. Информационно этим движениям соответствует наложение связей (функциональных линий) — средств технологической элементной базы.
В структуру систем рабочих машин включена структура рабочих машин стадии ТПП (ОП) и структура технологических схем для базирования деталей и сборочных узлов в изделия КПП.
Структура технологических схем для базирования деталей и сборочных узлов в изделия КПП — идентификатор информационных и логических связей органического единства и общности |У| между стадиями ТПП (ОП) и КПП отрицающими их раздельное рассмотрение.
Основные и составные базовые объекты знаний по их типам определены на возможном множестве решений задач ТПП (ОП).
В системотехнологии для практики ТПП (ОП) решаются задачи, как информационного логического моделирования проектных решений, так и расчёты на основе базы нормативной справочной информации. При проведении расчётов в структуре систем рабочих машин необходимо обеспечить замыкание контуров функционально различных связей, а замыкающие звенья обеспечить параметрами их проектного качества.
В традиционной информационной технологии решения задач практики ТПП (ОП) замыкание контура цепи связей для совокупности систем
координат в структуре систем рабочих машин не реализовано по объективным причинам разрыва связей при переходе от одной рабочей машины к другой и между стадиями КПП и ТПП (ОП) [8, 11].
Возможность использования систем (computer-aided engineering — САЕ) для инженерных расчетов [13, п. 2.2] проектной точности замыкающих звеньев — предмет отдельного рассмотрения.
Замыкание контура функционально различных связей в структуре рабочих машин возможно только через цепь связей в станине станков. Для расчётов технологических размерных цепей этот контур непригоден. Замыкание контура цепи возможно только в условиях функционально различных движений рабочих органов реальных станков относительно «центра неподвижной системы координат» оборудования с ЧПУ.
Организация замкнутого контура функционально различных связей для расчётов параметров проектной точности замыкающих звеньев возможна только в структуре систем рабочих машин на основе связи в замкнутую совокупность систем координат всех её базовых объектов знаний. Понятие «структура совокупности систем координат» для замкнутого контура цепи различных связей — концептуальное понятие.
По результатам определения в структуре базы знаний ТПП (ОП) всех базовых объектов знаний функционально различных типов состав средств технологической элементной базы дополнен: 1) Совокупность понятий информационно и логически связанная в их систему; 2). Информационно и логически связанная совокупность систем координат.
Полный состав технологической элементной базы обладает свойствами квантора их органического единства и общности |V| отрицающими раздельное рассмотрение — условие существования информационной детерминированной технологии автоматизации высокого уровня для решения возможного множества задач практики ТПП (ОП) по всему её циклу.
В работе [13] в части для станков с ЧПУ акценты на важность определения функционально различных систем координат в структуре рабочих машин, сделаны. Однако только фрагментарно в части решения задач базирования исходных заготовок или заготовок и режущих инструментов в рабочие органы станков. Решения этих задач проиллюстрированы не аналитическими средствами технологии их моделирования, а графическими средствами их реализации в конструкциях. В работе [13, п. 3.1] приведено суждение: «В тех случаях, когда в состав маршрутных ТП изготовления деталей включаются операции обработки на станках с ЧПУ, выполняется программирование этих операций с использованием геометрических моделей деталей». Однако это суждение некорректно — в пределах технологических операций геометрического
формообразования на рабочих машинах могут быть рассмотрены только функционально связанные совокупности элементов формы из их состава в структуре исходных заготовок.
В работе [13] для станков с ЧПУ используются модели: (поверхностные, твердотельные). Поверхностные модели: «...для программирования операций обработки изделий»; «...описание включает в себя сведения не только о характеристических линиях и их конечных точках, но и данные о поверхностях»; «Элемент формы представляет собой одну или несколько смежных поверхностей, выполняющих определенную конструкторскую или технологическую функцию». Как это связано с технологией преобразования элементов формы на рабочих машинах для обработки резанием — предмет отдельного рассмотрения. Твердотельные модели — «для расчетов объектов, состоящих из замкнутых конечных объемов, или монолитов (Solid Modeling Systems)». Использование подобных систем как систем (computer-aided engineering — САЕ) для инженерных расчетов — предмет отдельного рассмотрения.
Твердотельное моделирование также реализуется в современных рабочих машинах с ЧПУ на основе экспериментальных измерений погрешностей размерных и геометрических параметров основных элементов интеграции в структуре исходных заготовок и заготовок средствами встроенных специализированных интеллектуальных контрольно-измерительных систем. Такие измерения необходимы для последующего проектирования содержания и последовательности преобразований исходных заготовок и заготовок в пределах операций и по маршруту операций. Такие измерения могут быть использованы и для нормативного упорядочивания самой «вредоносной» составляющей погрешности в структуре поля допуска «межпереходного» размера [9]. В основе экспериментальных измерений погрешностей — алгоритмы управления перемещениями рабочих органов станков в пространстве рабочих машин. Перемещения необходимы между ведущими системами в структуре двух технологических схем и далее к системе координат подлежащего преобразованиям элемента формы. Технологические схемы: для базирования исходных заготовок и заготовок в рабочие машины; для базирования элементов формы в рабочие машины и геометрического образования элементов формы на рабочих машинах.
Базовые объекты знаний функционально различных типов определенные на этапе первичной систематизации знаний обладают свойствами для обработки информации их структуры на компьютере.
Задачи первичной систематизации знаний ТПП (ОП) — достижение информационной технологией решения задач практики предметной области знаний по всему их циклу высокого уровня автоматизации.
Под управлением функции целеполагания человека [17] четыре понятия: «цели» — «задачи» — «методы» — «средства», — рассматриваются на инвариантной основе относительно возможного множества предметных областей знаний в их системной информационной и логической связке. Идентификатором их связи обладающим свойствами квантора |У| органического единства отрицающим раздельное рассмотрение являются функции (технических, проектных) решений задач практики.
5. Информационные модели и графы структуры для отображения проектных решений
На основе определения структуры для базовых объектов знаний различных типов соответственно по каждому направлению первичной систематизации знаний в технологии работ (ТПП (ОП), КПП) сформированы свои информационные модели и графы структуры для (отображения, накопления) в них (технических, проектных) решений «прошлого» опыта проектных работ на их возможном множестве.
Информационные модели по функциям организации сложных систем [19] определены для основных базовых объектов знаний в распределении по двум частям информации: инвариантная, типовая объектно-ориентированная в их информационной и логической связи органического единства. Инвариантные части определены по функциям (количество, информационное подобие, размерность). Типовые объектно-ориентированные части определены по функциям (количество, качество) для последующего распределения в графы структуры рабочих машин и далее в графы структуры систем рабочих машин.
Графы структуры систем рабочих машин определены на основе общей совокупности типовых объектно-ориентированных частей.
Информация инвариантных частей моделей основных базовых объектов знаний для ее отображения и преобразования распределена в два вида: (графическая, аналитическая).
Графическая информация инвариантных частей моделей основных базовых объектов знаний определена в двухмерном пространстве для организации диалога пользователей с технологией решений задач на компьютере. Функции диалога — формирование предписания на информационный поиск проектного решения в базах данных, который организован по функциям поиска «иголки в стоге сена». Результаты информационного поиска решений в базах данных «прошлого» опыта используются для заимствования в текущей практике проектных работ.
Аналитическая информация инвариантных частей моделей основных базовых объектов знаний соответствующая графической информации определена в трёхмерном пространстве. Её функции: автоматизированный анализ графического отображения по содержанию
его информации; организация информационных и логических связей между моделями входящих в её состав объектов взаимодействия соответствующих единству и общности решения задач в моделях; принятие проектного решения; формирование проектной документации.
Информация графов структуры систем рабочих машин для её отображения в компьютере также распределена в два вида: (графическая, аналитическая). Работа с этими видами информации организована по типу организации работ с информационными моделями основных базовых объектов знаний; но учитывать виды пространства не нужно.
Управление решениями по функции знаний понятия «идентификация» в информационной технологии решения задач практики ТПП (ОП) — распределение общего состава основных элементов интеграции (средств) технологической элементной базы в двух направлениях: 1). По инвариантным частям информационных моделей основных базовых объектов знаний; 2). По типовым объектно-ориентированным частям графов структуры систем рабочих машин.
Состав средств технологической элементной базы, определённый в инвариантных частях информационных моделей основных базовых объектов знаний обеспечивает исполнение функций для идентификации их решений. Информационные модели основных базовых объектов знаний, определенные на возможном множестве их решений, позволяют сформировать свои базы данных «прошлого» опыта проектных работ.
На основе информационного и логического единства и общности составных частей в идентификаторах связи для инвариантных частей информационных моделей основных базовых объектов знаний, между информационными моделями организован автоматизированный переход от решения задач в одной модели к решению задач в другой модели. По этим же принципам организованы автоматизированные связи между информационными моделями объектов взаимодействия входящих в состав информационных моделей основных базовых объектов знаний.
Функции средств технологической элементной базы, определённых в типовых объектно-ориентированных частях графов структуры систем рабочих машин, определены в составе: 1). Достижение высокого уровня автоматизации в информационной технологии решения прикладных задач практики; 2). Идентификация решений проектной точности замыкающих звеньев; 3). Сокращение сроков и экономия материальных и трудовых ресурсов на (проектирование, изготовление конструкций, эксплуатацию средств систем производства); 4). Автоматизированный выбор экономически оптимального проектного решения;
5). Автоматизированный выход на формирование производственных подразделений (участок, цех, завод) выбором целесообразной формы общественного разделения труда, в частности — подетально-
кооперированного производства [15], наиболее прогрессивной и конкурентно устойчивой; 6). Автоматизированный выход на постпроцессоры связи с системами ЧПУ функционально различных рабочих машин для обработки резанием.
Графы структуры систем рабочих машин, определённые на возможном множестве их решений позволяют сформировать свои базы данных «прошлого» опыта проектных работ.
Основные элементы интеграции технологической элементной базы обладают свойствами квантора |У| органического единства и общности содержания и последовательности технологических преобразований ведомых объектов в структуре базовых объектов знаний всех их типов.
Первичное управление решениями по функциям знаний понятий: (систематизация, формализация, унификация, идентификация) в информационной технологии решения задач практики ТПП (ОП) — только подготовка к вторичному управлению решениями по функции знаний понятия «группирование» [10] решений в базах данных «прошлого» опыта проектных работ.
Управление по функциям группирования решений в инвариантных частях информационных моделей основных базовых объектов знаний — достижение максимальной экономической эффективности в информационной технологии проектных работ ТПП (ОП). В основе экономической эффективности — оптимизация материальных и трудовых ресурсов на (проектирование, изготовление конструкций, эксплуатацию средств систем производства).
Управление по функциям группирования решений в графах структуры систем рабочих машин — достижение основных целевых функций практической значимости информационной технологии проектных работ ТПП (ОП). В основе практической значимости — обеспечение проектного качества параметрам средств технологической элементной базы и в конечном итоге — безусловное обеспечение проектного качества основным элементам (средствам) интеграции конструкторской элементной базы в деталях и сборочных узлах изделий.
Заключение
В конечном итоге управления всеми решениями проектных работ ТПП (ОП) определена совокупность: понятий, систем координат, методов, средств органичной технологической элементной базы для решения задач практики по всему её циклу, алгоритмов и операций.
В результате определения каждого из базовых объектов знаний по их типам формируются соответствующие алгоритмы для управления технологией решения прикладных задач практики на их возможном множестве. Алгоритмы и операции в информационной технологии управления каждым базовым объектом знаний информационно и
логически связаны между собой и обеспечены свойствами непрерывности и гибкости. По результатам определения алгоритмов для всего состава базовых объектов знаний по их типам формируется интегральный алгоритм управления базой знаний предметной области ТПП (ОП), обладающий свойствами непрерывности и гибкости.
В базе знаний ТПП (ОП) средствами технологической элементной базы решена задача преодоления объективно существующего «барьера» [8, 11] в информационной технологии автоматизированного определения последовательности операций средствами системотехники на основе конструкторской элементной базы. В структуре систем рабочих машин организованы информационные и логические связи обладающие свойствами квантора органического единства и общности |У| между функционально различными рабочими машинами по маршруту операций, соответственно и между стадиями (КПП, ТПП (ОП)) отрицающие их раздельное рассмотрение. Преодоление этих трудностей возможно на основе приведения в структуре базы знаний ТПП (ОП) информационного соответствия между структурой исходных заготовок и структурой систем рабочих машин. Соответствие — по функциям преобразования функционально единых элементов формы в структуре исходных заготовок по маршруту операций в системе рабочих машин.
Для преодоления этих трудностей предложено реализовать два этапа информационного преобразования исходных данных на решение проектных задач ТПП (ОП) в их последовательной информационной и логической связи: 1). Преобразование в прямом направлении методом интеграции информации исходных заготовок на основе перераспределения в их структуру основных элементов конструкторской элементной базы (рис. 1) из структуры деталей; 2). Перераспределение необходимо на основе предварительной в структуре деталей нумерации основных элементов интеграции в соответствии с технологическим планом реализации проектных решений по (содержанию, последовательности) в структуре (рабочих машин, систем рабочих машин) соответственно в пределах (операций, по маршруту операций). В конечном итоге информационных технологических преобразований структуры исходных заготовок, используемые в преобразованиях основные элементы интеграции технологической элементной базы, должны быть обеспечены параметрами их проектного качества соответствующими параметрам проектного качества в структуре деталей. На этом этапе информационных преобразований структуры исходных заготовок используем методы информационного логического моделирования; 3). Второй этап — преобразование информации структуры исходных заготовок подготовленной на первом этапе методом
дезинтеграции в структуру деталей в обратном направлении. Дезинтеграцию структуры исходных заготовок рассматриваем как преобразование функционально единых элементов формы в условиях реального производства по (содержанию, последовательности) соответственно на (рабочих машинах, в системах рабочих машин) в пределах (операций, по маршруту операций) методами обработки резанием, это необходимо для контроля решений первого этапа. Цель контроля — безусловное в конечном итоге преобразований обеспечение основных элементов интеграции в структуре деталей параметрами их проектного качества.
Для формирования реального «искусственного интеллекта» (ИИ) для информационной технологии автоматизации подготовки механообрабатывающего производства необходимы условия: 1). Информация моделей и баз данных их решений должна быть максимально полной (в наличии, предположительно, 70 %), пополнение необходимо при работе с документацией возможно более широкого состава предприятий; 2). Необходимо провести группирование накопленных решений «прошлого» опыта проектных работ в моделях по их типам средствами технологической элементной базы на основе единства и общности содержания и последовательности операций; 3). Необходимо провести систематизацию результатов группирования решений и уже на этой основе сформировать необходимые алгоритмы и операции для диалога пользователей с системой проектных работ.
Предложенная информационная технология автоматизации работ с базой данных ТПП (ОП) актуальна, обладает научной новизной, сохраняет целевые свойства практической значимости.
Список литературы
1. ГОСТ 21495-76 «Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1976.
2. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. - М.: Машиностроение, 2001. - 368 с.
3. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. Изд. 3-е, доп. - М.: Машиностроение, 1969. - 560 с.
4. Гете И.В. Об искусстве: Сборник. - М. «Искусство». 1975. - 623 с.
5. Колыбенко Е.Н., Мордовцев А.А. Функционально различные аспекты технологии системной инженерии в познании базы знаний предметной области в примере технологической подготовки механообрабатывающего производства. / Системный анализ в проектировании и управлении: Сборник научных трудов XXIII Междунар. науч.-практич. конф. Ч. 3. - СПб.: Изд-во Политех-Пресс, 2019. - С. 281-293.
6. Колыбенко Е.Н. Разграничение понятий математического и логического моделирования. // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2019. - Т.19, № 3. - С. 262-267. DOI: https://doi.org/10.23947/1992-5980-2019-19-3-262-267.
7. Колыбенко Е.Н. Разграничение понятий «структурно-функционально-параметрическая модель» и «параметрическая модель» информационных объектов
знаний. // Вестник Донского государственного технического университета. - 2020. -Т. 20, № 1. - С. 106-111.
8. Колыбенко Е.Н. Формализованные знания технологических схем базирования объектов на их возможном множестве для автоматизированного решения задач практики в подготовке производства // Автоматизация. Современные технологии. -2020. - Т. 74. № 7. - С. 299-307. DOI: 10.36652/0869-4931-2020-74-7-299-307.
9. Колыбенко Е.Н. Структура поля допуска размера по функциям определения её составляющих в конструкторской и технологической подготовке механообрабаты-вающего производства. // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2019. -№ 11(101). - С. 39-48.
10. Митрофанов С.П. Групповая технология машиностроительного производства. В 2-х т. - Т.1. Организация группового производства. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. 1983. - 407 с.
11. Митин С.Г., Бочкарев П.Ю. Проектирование операций со сложной структурой в многономенклатурных механообрабатывающих системах. - Саратов: Саратовский ГТУ, 2016. - 108 с.
12. Основы автоматизации технологических процессов и производств: учебное пособие: в 2 т. / [Г.Б. Евгенев и др.]; под ред. Г.Б. Евгенева. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. ISBN 978-5-7038-4137-2. Т. 1: Информационные модели. - 2015. - 441 с.
13. Основы автоматизации технологических процессов и производств: учебное пособие: в 2 т. / [Г.Б. Евгенев и др.]; под ред. Г.Б. Евгенева. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. ISBN 978-5-7038-4139-6. Т. 2: Методы проектирования и управления. - 2015. - 480 с.
14. Организация и управление (вопросы теории и практики) : Сборник. / Под ред. Акад. А.И. Берга. - М.: Наука, 1968. - 222 с.
15. Петров В.А. Групповое производство и автоматизированное оперативное управление. - Л.: Машиностроение, 1975. - 312 с.
16. Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. -М.: Машгиз, 1955. - 514 с.
1 7. Смирнов Э.М. Анализ системы субъект - техническое средство - объект. // Философские науки. - 1983. - № 1. - С. 24-30.
18. Тернер Д. Вероятность, статистика и исследование операций (пер. с англ.). -М. Статистика, 1976. - 431 с.
19. Теории подобия и размерностей. Моделирование. / П.М. Алабужев [и др.] -М. Высшая школа, 1968. - 208 с.
20. Устенко А.С. Основы математического моделирования и алгоритмизации процессов функционирования сложных систем. - М.: БИНОМ, 2000. - 235 с.
21. Федотёнок А.А. Кинематическая структура металлорежущих станков. -М. Машиностроение, 1970. - 407 с.
22. Цветков В.Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. - Минск: Наука и техника, 1979. - 264 с.
23. Челищев Б.Е., Боброва И.В., Гонсалес-Сабатер А. Автоматизация проектирования технологии в машиностроении / Под ред. Н.Г. Бруевича. - М.: Машиностроение, 1987. - 264 с.
