проектирование приспособлений на основе использования технологий экспертных систем Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

МЕТАЛЛУРГИЯ. МЕТАЛЛООБРАБОТКА. МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 621.9

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ

Докт. техн. наук, доц. ПАШКЕВИЧ В. М., МИРОНОВА М. II.

Белорусско-Российский университет

Технологическая подготовка производства неразрывно связана с необходимостью проектирования и внедрения прогрессивной технологической оснастки, конечная цель которой заключается в обеспечении требуемых точности и качества изготовления деталей. Создание конструкций станочных приспособлений -сложный и трудоемкий процесс, при котором выбор структуры оснастки представляет собой задачу, отличающуюся значительным разнообразием плохо формализуемых целей, и требует использования логической информации. Для решения таких задач можно использовать экспертную систему, знания которой представлены в виде продукционных правил в форме «ЕСЛИ <...>, ТО <...»> [1].

Для решения задачи проектирования станочных приспособлений нами использовалась программная оболочка Inter, представляющая собой экспертную систему гибридного типа и позволяющая оперировать лингвистической информацией. Система имеет возможность приобретения знаний на основе диалога с исследователем, реализует механизмы прямого и обратного выводов, поддерживает нечеткую логику на базе коэффициентов уверенности Шорт-лиффа. Взаимодействуя с оператором, система позволяет осуществлять генерацию и проверку гипотез на основе процедур распознавания в семантическом пространстве описаний, реализует сценарии «Что, если...» и механизм объяснения [2].

Система реализована в среде Windows и интегрирована с популярными приложениями Excel, Statgraphics Plus, Statistica Neural Networks. В качестве языка программирования используется Visual Basic for Application.

Архитектура системы представлена на рис. 1. Система сбора и первичной обработки информации (СОИ) под управлением оператора помещает информацию об объекте (ОД) в базу данных (БД). Интеллектуальный интерпретатор данных (ИИД) проводит их первичную оценку и на основе ее выбирает требуемые правила из базы процедур и тестов (БИТ), а также необходимую для данного случая процедуру.

Рис. 1. Архитектура гибридной интеллектуальной системы Inter

Полученная после первичной обработки информация размещается в рабочем поле системы (РПС), реализующем механизм «доски объявлений». К этим данным имеют произвольный доступ или доступ под управлением ИИД (оператора) следующие структурные части системы: иерархическая база знаний (ИБЗ) и главное меню системы (ГМ), включающее блок рассуждений (машину вывода); редактор базы знаний и гипотез; блок проверки гипотез; блок иерархической декомпозиции объекта, а также блок моделирования объекта. Результат

совместной работы этих частей над общим полем данных интерпретируется ИИД и с помощью блока адаптивных рассуждений (БАР) и механизма управления (МУ) реализует управление объектом.

База знаний экспертной системы содержит логическую информацию, хранящуюся в форме продукционных правил. Правила в системе представлены в виде структуры:

ЕСЛИ PUN:=PUS, ТО PVN:=PVS,

где PUN - имя переменной условия; PUS - значение переменной условия; PVN - имя переменной вывода; PVS - значение переменной вывода.

В системе процесс ввода правил полностью автоматизирован, так как она самостоятельно осуществляет размещение в рабочем поле переменных условий и вывода, формирование их списков, а также хранение их значений по специально отведенным для этой цели адресам. При этом по умолчанию в правиле могут содержаться до пяти условий и до пяти выводов. Более сложные правила вводятся на основе их декомпозиции. Ниже приведен пример правила системы, предназначенного для выбора силового механизма станочного приспособления (рис. 2): если привод - немеханизированный, контакт зажимного устройства с деталью - по-

стоянный, время срабатывания силового механизма - минимальное, зажимное устройство -комбинированное, то зажимной механизм является рычажно-эксцентриковым.

Задача поиска структурных элементов станочных приспособлений в системе разбивается на две подзадачи: выбора установочных элементов и выбора силовых механизмов приспособления.

Каждой подзадаче соответствует свой набор правил, представляющий собой отдельные базы знаний. Таким образом, пространство поиска структурных элементов станочных приспособлений в системе представлено иерархией пространств, где каждая подзадача решается в своем подпространстве.

Для выбора схемы базирования с помощью системы Inter была создана база знаний «Установка», а для выбора зажимных элементов и силовых приводов станочных приспособлений -база знаний «Силовые механизмы». Базы оперируют широким набором переменных условий и включают 93 правила.

При построении базы знаний «Установка» учитывались размеры заготовки, тип и точность ее базовых поверхностей, стабильность сил закрепления, а также точность установки заготовки в приспособлении.

12

ашн

Файл Правка Вид Вставка Формат

¿à

¡55!

Сервис Данные Окно Т. - Si I

S- СцеплРЫ

■ Введите вопрос "I Ж К Ч. | :

- . г х

--Ч

AV I

Сц&плРи Сце больше 1?мен постоянньбол комбинирсмен нет;да; мен незначите;со < большое: = над необра&ст с гайкой по :рее

М&ПЕ.ШС Л Г-!

с ударам^с рс велико: мег, беспрепятствЕ: однорычажн неболы±1ие:6о

НРРРП'К

тонкостенная

Редактирование правил * 12

ЕСЛИ :

Привод|

Контакт зажимного vr'po'ic_sa с ает;

ЗажимНое устройство

Время срабатывания силового мехаНи

ТС

ЗажимНой мехаНизнЗ

НемеяанизироваННыи

комбинированное

рычажНо-экщеНтриковыи

и |\ Лист! I ЛисгЗ / ЛисгЗ /

град.30 мин-;меныие 11 rj

-рад. 30 мин.:

рад. 30 мин.;меныие 2 rps

ским концом;с цмлиндриче

■отив отаинчивания:не_наде

1агом;

лрихват; ;

двустороннего действия;

Рис. 2. Пример правила интеллектуальной системы Inter

На основе анализа особенностей и условий применения различных установочных элементов станочных приспособлений для правил базы знаний «Установка» были выделены следующие переменные условия: тип базовых поверхностей заготовки, ее размеры и точность, величины сил резания, точность центрирования, толщина заготовки, допуск плоскостности ее базовой поверхности, частота вращения шпинделя при установке по центровым отверстиям, а также величина нагрузки на опоры при базировании заготовки по плоскости (рис. 3).

При построении базы знаний «Силовые механизмы» учитывались характеристики жесткости, надежности зажимных механизмов, их быстродействие, возможность обеспечения стабильности сил закрепления, а также удобства установки заготовки.

На основе анализа условий применения различных зажимных элементов станочных приспособлений для правил базы знаний «Силовые механизмы» были выделены следующие переменные условия: величина силы закрепления заготовки, тип контакта зажимного устройства с деталью, размеры и точность поверхности закрепления заготовки, время срабатывания силового механизма, колебание размеров закрепляемых поверхностей заготовок одной партии, усилие зажима, величина силы резания, ход штока привода, а также тип зажимного устройства.

Рассмотрим пример выбора системой Inter структуры станочного приспособления, отвечающего следующим требованиям: сила закрепления заготовки в приспособлении не должна быть менее 195 Н; контакт зажимного устройства с деталью должен быть постоянным; зажимное устройство должно быть комбинированным; время срабатывания силового механизма должно быть минимальным. При этом размеры закрепляемой поверхности заготовок одной партии колеблются значительно, силы резания велики.

Перед началом диалога с оператором система формирует список переменных условий в порядке убывания их важности для получения окончательного вывода. Запрос о значениях этих переменных ведется системой в порядке, определяемом таким списком.

После получения вывода по правилу система заносит в стек вывода имя переменной вывода и ее значение, а также величину коэффициента уверенности вывода. Далее системой снова просматривается база знаний на предмет вхождения полученного вывода в условные части других правил. После очистки стека от переменных вывода система переходит к рассуждениям со следующей переменной из списка переменных условия. После того как данный список будет исчерпан, система выдает сообщение о завершении рассуждений и формирует листинг результатов рассуждений (рис. 4).

Microsoft Excel Ьазмроынив(БЗ)-хЬ

Файл Пэавка Злд Ва аака Формат Сесеис Данные Скю Спраека

- ^ - ■ а ' '_- --ч^» В

СцеплРЦ_

AW ; АХ [ AY 1 AZ 1 ВА ВВ

А1_

AV

AZ

ВА

ВС

BD

BE

СцеплРи Сц&ппРУ внутрення нет; да: неточное небольши невысока, точный; на неболь невелик; велика;не меньше 5 меньше 1. в патроне;

PVcnucoKTermPV |СцеппР11 СцеялРУ]

Выбор имени переменной условия

Перед вами список переменных условия. Выберите из него ту переменную, значение которой Вам известной нажмите ВВЕСТИ

^зовая довер^ость

Заготовка тонкостенная Центрирование заготовки Силы резания

Точность базовой поверхности заготовки Зажим

Передача давлений

Д сп^ пло^остносги базовой поверхности

:самозажимнои;

Патрон2

М ^ ► и 1\ Лист1/ ЛисгЭ / лисгзУ

" г .

сам<юа*{и 1нои:

улке;

ным зазором

ольцами,

бами;

и винтами;

г, 9.11}:3:5: О град.:

ньирифлены ющиеся;

Рис. 3. Переменные условия правил базы знаний «Установка»

В Microsoft Excel - Структура приспособленha(B3).xIs | _ |[ □ X

: файл Правка Вид Вставка Формат Сервис Данные Окно Справка Введите вопрос т _ fl х

! J ЕЗ Я Lil.<J ülläELI^ ач <0 -I.& £ - П\т ® —!

AL8 - %

АК AL AM AN — а|

1 Листинг результатов рассуждений : КУ: № правила С

2 Привод механизированный 1

3 Зажимной механизмЗ рычажно-эксцентриковый 42

4 Эксцентриковый механизм криволинейный 53

5 Угол подъема [в момент зажима) криволинейного эксцентрика меньше 8 град. 30 мин. 18

6 Механизированный привод гидравлический 38

7

8 1 i. 1 1 V

1м ^ ► н[\Лист1 /Лист2 /ЛисгЗ / |<J 1] | Готово > NUM

Рис. 4. Листинг результатов рассуждений

В рассматриваемом примере системой было предложено в качестве структуры станочного приспособления сочетание рычажно-эксцент-рикового зажимного механизма с гидравлическим приводом.

Схематически предметная область задачи может быть представлена также в виде так называемого «дерева вывода», которое начиная с первой точки принятия решений ветвится с каждым последующим этапом выбора варианта, пока путь не получит логического завершения (рис. 5). Так, рис. 5 иллюстрирует фраг-

мент дерева выводов, используемого для решения приведенного примера. При этом сформированная системой последовательность логического вывода показана стрелками.

Система Inter с базами знаний «Установка» и «Силовые механизмы» может быть использована не только как автономная система проектирования станочных приспособлений, но и как подсистема интегрированной системы автоматизированного проектирования технологической оснастки (рис. 6).

Рис. 5. Фрагмент дерева выводов

База знаний «Установка»-

База знаний «Силовые механизмы»

Интегрированная система автоматизированного проектирования станочных приспособлений

Конструкторское

проектирование 1

Выбор устано- 1

I вочных элементов 1

I 1 1 !

Выбор силовых |

г-i механизмов 1

J

Технологическое проектирование

Подготовка программ для станков с ЧПУ

Система Inter

Рис. 6. Применение системы Inter в интегрированных системах автоматизированного проектирования станочных приспособлений

ВЫВОД

Таким образом, использование гибридной экспертной системы Inter с базами знаний «Базирование» и «Силовые механизмы» позволяет осуществлять логический поиск структуры станочных приспособлений, применяемых при обработке деталей машин лезвийным инструментом, на основе информации об условиях применения проектируемого приспособления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гаврилова, Т. А. Базы знаний интеллектуальных систем / Т. А. Гаврилова, В. Ф. Хорошевский. - СПб.: Питер, 2000. - 384 с.

2. Пашкевич, В. М. Самообучающиеся системы искусственного интеллекта в машиностроении / В. М. Пашкевич, Ж. А. Мрочек. - Могилев: МГТУ, 2003. - 434 с.

3. Технологическая оснастка: учеб. / М. Ф. Пашкевич [и др.]. — Минск: Адукацыя i выхаванне, 2002. — 320 с.

Поступила 29.03.2010