Разработка системы автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления корпусных конструкций на основе методов искусственного интеллекта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.04, кандидат технических наук Кузнецов, Андрей Александрович

• Кузнецов, Андрей Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кузнецов, Андрей Александрович

Глава 1 Анализ методов проектирования маршрутной технологии деталей и сборочных единиц.

1.1 Введение.

1.2 Теоретические основы автоматизированного проектирования маршрутных технологий.

1.3 Обзор промышленных реализаций САПР маршрутной технологии в машиностроении, авиастроении, судостроении.

1.4 Специфика технологии судостроения.

1.5 Методы проектирования технологических процессов в судостроении.

1.6 Обзор представления знаний в системах искусственного интеллекта.

1.7Исследование влияния параметров листовой корпусной детали на технологию её изготовления.

1.8 Выводы

1.9 Постановка цели и задачи исследования

Глава 2 Разработка модели знаний технолога-корпусника, обеспечивающей синтез маршрутной технологии изготовления деталей и сборочных единиц.

2.1 Общие положения.

2.2 Модель корпусного изделия.

2.3 Модель типовой технологии изготовления изделия.

2.4 Модель ресурсов технологии

2.5 Модель знаний о синтезе рабочей технологии.

2.6 Процедура вывода рабочего технологического процесса из А-дерева технологии.

2.7 Методика построения А-дерева технологии

Глава 3 Программная реализация САМ-систем проектирования технологических процессов сборочно-сварочного и корпусообрабатывающего производства.

3.1 Общие положения.

3.2 САМ-система проектирования технологии корпусообрабатывающего производства

3.3 САМ-система проектирования технологии сборочно-сварочного производства.

Глава 4 Результаты внедрения САМ-систем проектирования технологических процессов корпусообрабатывающего и сборочно-сварочного производств на верфях России.

4.1 Общие положения.

4.2 Результаты внедрения САМ-системы проектирования технологии корпусообрабатывающего производства

4.3Расчёт экономического эффекта САМ-системы проектирования технологии корпусообрабатывающего производства.

4.4 Результаты внедрения САМ-системы проектирования технологии сборочно-сварочного производства.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления корпусных конструкций на основе методов искусственного интеллекта»

Согласно ГОСТ 14.004-83 технологическая подготовка производства (ТПП) это совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства. Основной задачей ТПП, является разработка технологических процессов на постройку судна, в том числе новых, а также типовых на основе многократно проверенных процессов [1]. В соответствии с ГОСТ 14.301-83, сущность задач, сгруппированных в функцию РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, заключается в определении способа и последовательности изготовления объекта в условиях конкретно заданной производственной системы.

С появлением информационных технологий, в 70-х годах прошлого века, в машиностроении, авиа и судостроении появились АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА, призванные решать задачу проектирования маршрутной технологии с применением ЭВМ. Рассматривая историю автоматизации технологической подготовки, можно выделить следующие этапы решения проблемы автоматизации ТПП.

1 этап (1960-1970гг) характеризуется выполнением экспериментальных работ, показывающих возможности решения задач технологии с помощью ЭВМ.

2 этап (1970-1980гг) В эти годы под руководством группы ученых: Н. Г. Бруеви-ча, Г. К. Горанского, Н. М. Капустина, С. П. Митрофанова, В. В. Павлова, В. Д. Цветкова были созданы научные школы, поднявшие разработку теоретических основ автоматизации технологической подготовки производства на мировой уровень. На базе теоретических исследований в ведущих по данной проблеме организациях (ИТК (Минск), НИАТ (Москва), ЛИТМО (Ленинград), ЦНИТИ (Москва), МАИ (Москва), МВТУ (Москва) и ряд других) были разработаны и внедрены комплексы автоматизированных систем технологического назначения. Системы создавались сначала для ЭВМ серии "Минск", и далее, по мере смены поколений ЭВМ, был осуществлен переход на ЕС ЭВМ. В разработанных системах преобладали системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) и средств технологического оснащения (САПР СТО).

Эти годы отличаются большим количеством работ по проектированию локальных систем АСТПП: системы проектирования технологии обработки на станках токарной группы, холодной штамповкой, на сверлильных и фрезерных станках. Для разработанных систем характерны большая сложность алгоритмов и программ, большой объем нормативно-справочной информации, которую необходимо хранить в памяти ЭВМ. Решение задач на ЕС ЭВМ обычно выполнялось в пакетном режиме, при этом быстродействие при решении технологических задач было недостаточно высоким. Из-за высокой стоимости часа работы на ЕС ЭВМ стоимость спроектированных технологических процессов была высокой. Полиграфическое качество документов, выводимых на алфавитных цифровых печатающих устройствах, было весьма невысоким, что вызывало трудности с их размножением. Из-за этих факторов существующие ЭВМ оказались малопригодными для решения технологических задач.

3 этап (1980-1990гг) характеризуется расширением фронта работ по автоматизации решения технологических задач. Этому способствовали два обстоятельства. Во-первых, проведение массовых работ по проектированию и внедрению АСУП на предприятии с различным характером производства, требовало автоматизации решения отдельных задач технологического проектирования. Во-вторых, проведение больших работ по стандартизации процедур и программ обработки информации и появление работ по формализации алгоритмов принятия решений в технологических задачах. Работы по автоматизации технологического проектирования характеризуется направленностью на условия предприятия, где предполагалось внедрение системы. В эти годы был осуществлен постепенный переход на СМ ЭВМ, что позволило организовать решение технологическим задач в режиме диалога и отказаться от ввода данных с помощью перфокарт и перфолент.

4 этап (с 1990гг) характеризуется работами по созданию комплексных систем АСТПП, основанных на использовании единой системы кодирования и единого математического обеспечения. Широкое распространение относительно недорогих персональных ЭВМ дало возможность поставить ПЭВМ на стол каждого технолога и установить на ней САПР ТП, соответствующую данному предприятию. Очередная смена поколения ЭВМ и переход на персональные ЭВМ потребовала серьезных вложений в создание новых систем. Однако изменение в 90-х годах экономической обстановки в стране и отсутствие должной государственной поддержки не дали возможности быстро осуществить полноценный перевод САПР ТП на персональные ЭВМ и реализовать новые идеи, накопленные на основе анализа результатов функционирования промышленных САПР ТП.

Заключение диссертации по теме «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», Кузнецов, Андрей Александрович

Выводы

1. Впервые в судостроении разработаны методы представления и использования технологических знаний, дающие возможность выполнять синтез технологических процессов корпусных конструкций с обеспечением рациональной загрузки оборудования;

2. Правильность полученных научных результатов подтверждена успешным внедрением разработанных САМ-систем на четырёх судостроительных верфях;

3. Разработанный метод представления и использования технологических знаний легко распространяется на любое производство, где технологический процесс выражается последовательностью операций.

Существуют два способа проведения таких заключений: прямые выводы и обратные выводы. В прямых выводах осуществляется продвижение к поставленной цели с последовательным применением правил к данным (фактам), которые применяются за отправную точку. В прямых выводах выбирается один из фактов, содержащихся в базе данных, и если этот факт согласуется с посылкой правила, то из правила выводится соответствующее заключение (факт), и помещается в базу данных. Такие выводы называются выводами, управляемыми данными. Выводы, при которых процесс движется в направлении от поставленной цели к отправной точке, называются обратными. Процесс таких выводов начинается с поставленной цели. Выбирается правило, заключение которого согласуется с целью. Посылка этого правила принимается за подцель, или гипотезу, подтверждение которой ищется в базе данных и базе правил. Этот рекурсивный процесс поиска «вспять» продолжается, пока не будут найдены правила, подтверждаемые исходными фактами.

Представление знаний с помощью продукционных правил весьма просто, а выводы, выполняемые на основе правил ЕСЛИ-ТО, легко понимаемы на бытовом уровне. Но даже если решаемая проблема является простой, гарантировать целостность и непротиворечивость всех правил сама продукционная система не может, это может только человек-эксперт, наполняющий систему правилами. Эффективность продукционной системы резко снижается с увеличением количества правил. Для ускорения вывода могут потребоваться мета - правила, управляющие последовательностью выбора правил из базы знаний на основе каких-либо эвристик. Впрочем, технологические базы знаний в судостроении не слишком объёмны.

Для проектирования маршрутной технологии необходимо предусмотреть средства представления последовательности обработки.

Фреймовые системы

Фреймовая система является методом представления знаний, основанным на теории фреймов, опубликованной М.Минским в 1975 году [11], как один из научных подходов, пригодный для понимания сцен и повседневной речи. Во фреймовой системе единицей представления знаний является фрейм. Фрейм является объектом, представляющим некоторую конкретную ситуацию, которую можно описать некоторой совокупностью понятий и сущностей. В современном объектно-ориентированном программировании этому понятию соответствует понятие класса. Фрейм имеет определённую внутреннюю структуру, состоящую из множества элементов, называемых слотами, которые описывают данные или процедуры, относящиеся к фрейму. Одной из характерных особенностей представления фреймами является возможность описания наследования. Значения слотов фреймов, находящихся в иерархических отношениях 18-А или РАОТ-ОЯ могут наследоваться по специальным правилам, что позволяет уменьшить объём опи

65 сания сложных объектов (миров). Фреймы, описывающие некоторую предметную область, всегда имеют уникальные идентификаторы, могут ссылаться друг на друга. Специфической функцией во фреймах является демон. Демон является автоматически запускаемой процедурой, когда в его слот вводится некое значение. Процедура изменяет значения других слотов текущего или другого фрейма. Тем самым управление выводом может быть передано в другой фрейм. Таким образом, каждому из фреймов задаются определённые обязанности, и обеспечивается согласованное решение проблем с помощью демонов в заранее распределённом диапазоне обязанностей. Ответственность за правильность обработки знаний возлагается на программиста. По существу это почти не отличается от объектно-ориентированного программирования.

Все описанные выше формы представления знаний пригодны для описания технологических объектов. Каждая форма может быть получена из другой без потери информации. Различные формы отличаются управлением выводом новых знаний. В случае знаний фреймами вывод полностью возложен на программиста. Наиболее развит теоретический фундамент вывода у логики предикатов. Но, как показывает практика машиностроения с ростом размера технологической системы, описанной в логике предикатов, управляемость её резко падает. Проблемой остаётся необходимость программирование логического вывода, который в логике предикатов является специфическим для каждой частной задачи.

По-видимому, наиболее адекватной структуре технологического знания является продукционная модель, описывающая и технологические объекты и выводы в виде правил ЕСЛИ-ТО. Её преимуществом является универсальность и однородность представления знаний, а также и полностью формализованный вывод, алгоритм которого не зависит от конкретной задачи. Использование продукционной модели представления знаний позволит обеспечить масштабируемость системы проектирования маршрутной технологии, придать ей черты экспертной системы, т.е. снабдить её лёгким интерфейсом ввода и отладки знаний, системой объяснения получаемых маршрутов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кузнецов, Андрей Александрович, 2009 год

1. Риммер А.И. Подготовка производства в судостроении. Л.: Судостроение 1976, 254с.

2. Автоматизированные системы технологической подготовки производства в машиностроении / Под ред. чл.-корр. АН БССР Г.К. Горанского. М.: Машиностроение, 1976, 240с.

3. A.B. Алексеев и др. Интеллектуальные системы принятия проектных решений и.- Рига: Зинатне, 1997.

4. В.В. Веселков Решение задач технологической подготовки производства с помощью ЭВМ. Автоматизация технологической подготовки корпусообраба-тывающего производства. ЦНИИ «РУМБ»,обзоры по судостроительной технике, 1989, 93 с.

5. Б.Е.Челищев Автоматизация проектирования технологии в машиностроении М.: Машиностроение, 1987, 264с.

6. Павлов В.В. О математическом моделировании дискретного производства / Информационные технологии, 1995, № 1. с. 15-19.

7. Цветков, В. Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов, Минск: Наука и техника, 1979, 261с.

8. Головченко B.C. Научно-техническое развитие сварки судовых конструкций // Технология судостроения №8. С. 59-62

9. В.Д. Горбач, B.C. Головченко Автоматическая дуговая сварка с ЧПУ судовых конструкций, Издательство «Судостроение», 2004.

10. С. Осуга Обработка знаний Москва, «Мир», 1989.

11. М. Минский Фреймы для представления знаний. М., 1979.

12. Евгеньев Г.Б. Системология инженерных знаний. М., Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001, 376с.

13. Кондаков А.И. САПР технологических процессов. М. Издательский центр «Академия», 2007, 272с.

14. Маклаков C.B. Моделирование бизнес-процессов, ДИАЛОГ-МИФИ, 2002, 224с.

15. Арью А.Р. Комплексная подготовка производства в судостроении, -Л.: Судостроение, 1988, 336с.

16. Павлов В.В. Структурное моделирование в CALS-технологиях, М.: Наука, 2006, 307с

17. Цветков В.Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов. М. Машиностроение, 1972, 240с.

18. В.Г.Старостин В.Г., Лелюхин В.Е.Формализация проектирования процессов обработки резанием, М.: Машиностроение, 1986, 136с.

19. Поспелов Д.А. Моделирование рассуждений. Опыт анализа мыслительных актов. М., Радио и связь, 1989, 184с.

20. Системы автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов в машиностроении , Под общей редакцией Р. Аллика 1986, 319с.

21. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества М, Машиностроение, 1988, с.29-32.

22. Джорж Ф. Люгер Искусственный интеллект. Стратегии и методы решения сложных проблем. М.: Издательский дом «Вильяме» ,2005, 864с.

23. Технология судостроения. Учебник для вузов, под редакцией А.Д. Гармаше-ва, «Издательство Профессия», Санкт-Петербург, 2003г.

24. ГКЛИ-3120-001-98 Отчёт о НИР «Исследование, разработка теоретических основ и создание автоматизированной системы проектирования судов, технологической и организационной подготовки постройки судов», шифр темы "Электрон".

25. ГКЛИ-0303-290-89 Сварка механизированная дуговая в углекислом газе конструкций из углеродистых и низколегированных сталей. Укрупнённые нормативы времени на единичное и мелкосерийное производство.

26. А.Н. Божко, А.Ч. Толпаров Структурный синтез на элементах с ограниченной сочетаемостью http://www.techno.edu.ru: 16001 /сИэ/тэдЛ 3845.html

27. Отчет о НИР «Разработка автоматизированной системы проектирования технологических процессов корпусообрабатывающего и сборочно-сварочного производств на основе трехмерной электронной модели корпуса» ГКЛИ.3110-045-2005,шифр «Продвижение».

28. Отчёт о НИР «Исследование, разработка теоретических основ и создание автоматизированной системы проектирования судов, технологической и организационной подготовки постройки судов», шифр темы "Электрон". ГКЛИ-3120-001-98.

29. ЗЗ.ОСТ5Р.9091 -2002 Стандарт отрасли. Детали корпусные судовые стальные. Технические требования к изготовлению.

30. РД5.95079-91 Технология изготовления стальных деталей корпусов судов и других металлических сварных конструкций.