Создание баз данных технологического назначения Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

СОЗДАНИЕ БАЗ ДАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

П.Д.Юсупов, Д.Д.Куликов

В работе рассматриваются принципы создания баз данных технологического назначения (БДТН) для использования в среде РБМ системы на примере выбора технологического оснащения.

Введение

Базы данных АСТПП характеризуются большим количеством наборов данных (несколько тысяч) при относительно небольшом объеме самих наборов (102-104 байт). Эти базы содержат информацию о технологическом оснащении, заготовках, припусках и режимах резания и т.д. Использование РБМ-систем позволяет по-новому организовать базы данных технологического назначения (БД ТН). Во-первых, базы данных могут рассматриваться как составная часть ОМР, во-вторых, для поиска может использоваться поисковый инструментарий РБМ-системы. В-третьих, достаточно просто организовать и использовать распределенные базы данных.

Использование БДТН для выбора технологического оснащения

Применительно к технологическому оснащению разработано несколько иерархических классов объектов: «Класс ТО»; «Подкласс ТО»; «Вид ТО»; «Типоразмеры ТО».

Информацию об объектах технологического оснащения можно разделить на четыре части:

• общие характеристики;

• обозначение объекта;

• эскиз объекта;

• «паспорт» объекта.

Общие характеристики объекта представляют собой комплекс параметров, по которым ведется поиск при решении технологических задач. Обозначение объекта как результат поиска в базе данных фиксируется в технологической карте. Эскиз объекта -графический файл, который используется для вывода на экран и проверки правильности выбора найденного объекта. «Паспорт» объекта - дополнительная информация об объекте, необходимая для решения отдельных задач ТПП. Наибольшее применение «паспорт» получил для технологического оборудования. Информация из паспорта, после того как найдена модель оборудования, используется для расчета режимов резания.

Информация, которую необходимо поместить в паспорт объекта, весьма разнообразна и может по составу параметров меняться от объекта к объекту, т.е. паспорт является информационным объектом с переменной структурой. Объекты такого типа названы сложными объектами, и для них предложено хранение в базе в виде фрейма, слоты которого содержат обозначения и значение параметра объекта. Исследования показали, что фреймовая форма записи является удобной формой хранения информации для сложных объектов, так как позволяет, с одной стороны, достаточно просто менять структуру объекта, а, с другой стороны, имеет регулярную внутреннюю структуру хранения, что дает возможность проводить обработку фрейма простыми процедурами. Поиск технологического оснащения выполняется в три этапа:

• выбор вида технологического оснащения,

• выбор конкретного объекта технологического оснащения,

• определение возможности использования найденного объекта.

Первый этап выбора ТО. Выбор вида технологического оснащения можно обобщенно выразить с помощью соответствия Г1 = (01, VI, ЯО;

Ri = {rj , j = Vi = {vi,i} , I = 1, ni; Gi = {< vi,i , rij >},

где Gi - график соответствия; Vi - входные элементы; Ri - множество решений.

Принятие решения может быть сформулировано как получение образа соответствия от заданного входного множества {vi}. Следовательно, множество полученных решений можно записать следующим образом: MRi = n({vi}); MRi = {ru}

ri, k = {nrk, nnk, Sk};

где rk - номер решения; nnk - номер набора данных с объектами найденного вида; Sk -приоритет. Из массива решений выбирается решение с наибольшим приоритетом.

MRi ^ ri, t при St, max

Сложность реализации указанного соответствия заключается задании входных элементов. Если i-ый входной элемент представить как множество входных параметров Vi ={pij}, j = i, ..ni, то для каждого вида объекта требуется свой состав входных параметров для входного элемента. Отсюда следует важный вывод: для каждого вида инструмента требуется свой алгоритм для его выбора.

При процедурном представлении алгоритма выбора ТО этот алгоритм программируется, возможно, в виде отдельного модуля и отлаживается. Таких модулей может набраться несколько тысяч. Общий объем программ выбора видов ТО становится весьма большим. Разработка и сопровождение всего комплекса программ требует больших затрат. Кроме того, процедурное представление алгоритма в виде исполняемого программного модуля является слишком «жестким» и обладает слабыми адаптивными свойствами. Любые изменения алгоритма требуют корректировки и отладки соответствующего программного модуля. Поэтому было решено использовать декларативное представление алгоритма, что позволяет выражать алгоритм на непроцедурном языке и хранить такое представление в базе данных (знаний). Это дает возможность технологам легко добавлять в базу данных (знаний) новые виды технологического оснащения или исправлять назначение уже имеющихся видов ТО.

Такой подход позволяет повысить адаптивные свойства САПР ТП и достаточно просто приспосабливать задачу назначения ТО под особенности конкретного предприятия без перепрограммирования алгоритмов назначение вида ТО. Достаточно просто реализовать принцип последовательного повышения уровня автоматизации, добавляя в базу данных (знаний) новые виды ТО лишь по мере необходимости.

Для каждого класса и подкласса ТО (по классификатору ЕСКД) выбираются три группы параметров:

• технологические параметры;

• геометрические параметры;

• экономические параметры.

В каждой группе параметров отбирают наиболее важные параметры, и для каждого подкласса по ЕСКД создают свою таблицу для выбора вида ТО. Из этих таблиц создается реляционная база данных. Принятие решения в этом случае выполняется

• в режиме диалога;

• с помощью SQL - запросов;

• с помощью универсального модуля поиска ТО.

Для выбора вида ТО в режиме диалога предложено использование иерархического меню, при котором на экран монитора выводится список подклассов ТО. Для выбранного подкласса выводится список групп и так далее, пока не будет выведен список видов ТО, из которого и делается окончательный выбор. Эта самая простая форма принятия решения, предполагающая хорошее знание ситуаций, в которых используется тот

или иной вид ТО. Кроме сценария, хранимого в базе и содержащего иерархическое меню, необходимо иметь библиотеку с графическими файлами для вывода эскизов с разновидностями конфигураций ТО. В этих же эскизах можно фиксировать и условия выбора разновидностей ТО. В результате поиска находится набор данных с типоразмерами ТО найденного вида.

Другой подход к поиску вида ТО основан на использовании SQL - запросов. Используются либо заранее созданные SQL - запросы, либо запросы, создаваемые пользователем с помощью конструкторов запросов, имеющихся в универсальных СУБД, что предполагает хорошее знание такого конструктора.

Универсальный модуль поиска ТО используется приложениями и предполагает наличие в базе знаний поисковых предписаний, выраженных либо в виде SQL - запроса, либо на специализированном непроцедурном языке запросов.

В отличие от работ [1, 2], в данной работе методика выбора вида оснащения реализована на основе PDM - системы типа «SmarTeam». Этот выбор обусловлен тем, что, с одной стороны, в работе исследуется применение PDM - системы, в частности, системы «SmarTeam», для автоматизации ТПП, а, с другой стороны, PDM - система имеет необходимый инструментарий, на основе которого возможно решение задачи поиска вида ТО. Основные особенности методики поиска вида объекта на основе PDM - системы заключаются в следующем:

• использован объектно-ориентированный подход к созданию базы данных для ТО, на базе которого создано иерархическое дерево классификационных объектов;

• в учетной карточке папок, отражающих классы, подклассы, группы и виды ТО, фиксируются атрибуты, по которым возможно проводить поиск вида объекта;

• разработаны стандартные запросы на поиск различных видов ТО и собраны в отдельную библиотеку;

• разработан ряд процедур для классификации ТО и обращения к папкам из приложений, решающих технологические задачи

Рассмотрим указанные особенности методики поиска более подробно. На основе объектно-ориентированного подхода разработаны соответствующие классы и подклассы объектов ТО. В основу деления на подклассы, группы и виды положена классификация объектов ТО по классификатору ЕСКД. Базы данных включаются в дерево проекта самостоятельной ветвью. На рис. 1 показан пример конкретной ветви дерева проекта, у которой раскрыта часть папок.

Каждая классификационная единица выражается в виде папки, в учетной карточке которой фиксируются атрибуты, по которым возможно проводить поиск вида объекта. В этой же карточке фиксируется и приоритет объекта. Главным поисковым атрибутом является шестизначный код по классификатору ЕСКД.

Перечислим достоинства такого подхода к выбору вида оснащения:

• простота поиска вида оснащения в режиме диалога; поиск заключается в последовательном спуске по дереву проекта путем раскрытия соответствующих папок на экране дисплея;

• не нужна процедура классификации ТО и сценарий классификации;

• простота использования библиотеки с типовыми запросами на поиск;

• информация о классификационных объектах фиксируется в их учетных карточках, что позволяет осуществить поиск по атрибутам учетной карточки с помощью стандартных средств PDM - системы.

Как было указано выше, переход ко второму этапу поиска заключается в последовательном спуске по дереву проекта путем раскрытия соответствующих папок на экране дисплея. В результате находится вершина (папка), содержащая набор с информацией о конкретных объектах - возможно, эскиз вида объекта и другую необходимую информацию

Проект

-Технологическая база данных

- Оборудование

-Приспособления, пресформы, штампы

- Измерительный инструмент

Вспомогательный инструмкет Режущий инструмент

- Резцы

-Проходные и подрезные

- Отрезные, прорезные, канавочные и профильные

- Расточные, головки расточные

- Резьбовые

- Строгальные и долбежные

- Фрезы, сверла, зенкеры, зенковки, развертки

- Зуборезный, резьбонарезной (кроме резцов и

фрез) и протяжной

- Шлифовальный, правящий, доводочнй,

полировальный, ручной, комплекты

.Рис. 1. Пример конкретной ветви дерева проекта

Второй этап выбора ТО. На этом этапе выбирается конкретный объект ТО для выбранного вида технологического оснащения:

Г2 = < G2 , V2 , R2 >; V2 = {V2,i} , i=i, n2; R2 = {r2j} , j=1, m2.

Принятие решения может быть сформулировано как получение образа соответствия от заданного входного множества {v2li}. Следовательно, множество полученных решений можно записать следующим образом: MR2 = Г2(К i});

Полученное множество решений MR2 содержит модели выбранных объектов ТО.

MR2 = {r2,k } ; r2,k = <pi, ... ,Pt, m, s >; гдеpi, ... ,pt - параметры выбранного объекта ТО; m - наименование объекта ТО; s -приоритет выбранного объекта ТО. Из найденных моделей объектов выбирается модель с наибольшим приоритетом:

MR2 ^ r2,v, при Sv, max

Реализация второго этапа поиска может быть выполнена различными способами. Процедурная реализация соответствия Г2 обычно не применяется из-за переменных условий поиска.

В простейшем случае поиск выполняется путем прямого просмотра набора с информацией о конкретных объектах - например, просмотр набора с моделями оборудования выбранного вида или просмотр набора с типоразмерами режущего инструмента выбранного вида.

I

I I I

Для задания условий поиска могут использоваться конструкторы запросов, имеющиеся в универсальных СУБД, или специализированные диалоговые процедуры [1]. Типизация поисковых предписаний (1111) достаточно сложна, однако возможна. Например, ПП для поиска сверла в наборе с типоразмерами сверл найденного вида может содержать выражение Ds = d, где Ds - обозначение поля с диаметрами сверл, а d -диаметр отверстия, которое необходимо сверлить. Если этот ПП выражен в виде SQL -запроса, то необходимо достать его из библиотеки типовых запросов и сделать подстановку: вместо d подставить значение диаметра отверстия, которое необходимо сверлить. Необходимость выполнения таких подстановок затрудняет использование типовых 1111 для поиска конкретных объектов.

Применение PDM-системы для второго этапа поиска позволяет достаточно просто реализовать различные схемы поиска. Наличие большого количества процедур просмотра файлов дает возможность осуществить просмотр файлов с информацией о конкретных объектах независимо от того, с помощью какой СУБД это файл сформирован. При наличии типового запроса на поиск он выбирается из библиотеки и может быть легко отредактирован применительно к конкретной ситуации.

Проект

-Технологическая база данных

I -Класс ТО

| | I-Подкласс ТО

1 | -Документы (стандарты,

правила,требования,методы)

-Группа ТО

-Документы (стандарты,

правила ,требования, методы)

-Вид ТО

- Набор

- Эскиз

- Документы (стандарты,

правила ,требования,методы)

Рис. 2. Класс «Стандарт на технологическое оснащение» для каждой классификационной единицы

Формирование базы данных для ТО - трудоемкий процесс, который может затянуться на долгие месяцы, поэтому для ускорения этого процесса на первых этапах возможно сканирование стандартов на ТО и ввод полученных документов в базу данных. Поиск в наборах данных на первых этапах автоматизации поиска оснащения заменяется просмотром соответствующих стандартов на экране дисплея. Поэтому введен класс «Стандарт на технологическое оснащение» для каждой классификационной единицы (рис. 2). Папка этого класса содержит документы со стандартами ТО (ГОСТ, ОСТ, СТП, ТУ). Выбор классификационной единицы, на уровне которой необходимо поместить документ, зависит от содержания стандарта. Если, например, стандарт содержит информацию обо всех видах какой-либо группы ТО, то его размещают в папке группы ТО.

Третий этап выбора ТО. На третьем этапе выбранная модель объекта проверяется на возможность использования в конкретных условиях. Этот этап слабо формализо-

ван и выполняется обычно в режиме диалога. Если на этом этапе подтвердится возможность использования выбранной модели объекта для данной операции, то в дальнейшем обозначение объекта (оборудования, приспособления или инструмента) заносится в технологическую карту. Аналогичная методика выбора объектов может быть предложена для проката и материала. Соответствующая методика организация базы данных показана на рис. 3.

Проект

-Технологическая база данных

I -Класс ТО

| -Класс "Прокат"

-Группа проката

-Документы (стандарты,

правила,требования,методы)

-Вид проката

- Набор

- Эскиз

- Документы (стандарты, нормы,

правила ,требования,методы)

-Класс "Материал"

-Группа материала

-Документы (стандарты, нормы,

| правила ,тре б ования, методы)

-Набор с параметрами

марок марериала

-Марка материала

-Документы (стандарты, нормы,

правила дре б ования, методы)

Рис. 3. Методика организация базы данных для третьего этапа

Отметим достоинства использования РБМ - системы для организации баз данных и знаний:

• возможность организации базы данных в архитектуре «клиент-сервер»;

• объектно-ориентированный подход к организации базы данных позволяет эффективно организовать поиск видов объектов;

• наличие большого количества процедур просмотра файлов дает возможность осуществить просмотр файлов с информацией о конкретных объектах;

• удобный инструментарий поиска по запросам дает возможность создать библиотеку типовых запросов для поиска как видов объектов, так и конкретных объектов;

• наличие библиотеки процедур работы с деревом проекта дает возможность из приложений обращаться к дереву проекта и заносить, искать или выбирать любую информацию, содержащуюся в дереве проекта.

Важный класс информации, используемая для решения задач ТИП - это информация о припусках и режимах резания. В справочниках по припускам и режимам резания принятие решения осуществляется по таблицам со сложными условиями выбора.

Условия выбора решений в ТС достаточно сложны. Их трудно или невозможно выразить в виде SQL - запроса. Поэтому используется подход, основанный на разработке входного языка для записи С-таблиц и программного модуля интерпретирующего типа для их обработки. Этот модуль позволяет организовать базу знаний, содержащую С-таблицы, выбирать их из базы и принимать решение на основе обработки этих таблиц. Примером такого подхода может служить система проектирования технологических процессов «TechCard», у которой имеется модуль для обработки одно- и двух-входовых таблиц.

Заключение

В СПбГИТМО разрабатывается система работы с таблицами соответствий, получившая название «Табличный процессор» (ТаП), однако разработка этой системы еще не закончена, поэтому здесь не рассматривается. Необходимо заметить, что эта система также будет работать в среде PDM - системы типа «SmarTeam».

Литература

1. Технологическая подготовка ГПС. СПб: Машиностроение, 1987. 92 с.

2. Куликов Д.Д. Учебное пособие. СПб: СПбГИТМО(ТУ), 1993. 28 с.