Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Основные задачи и принципы САПР технологических процессов , виды обеспечения

Под автоматизацией проектирования понимаютси-стематическое использование ЭВМ в процессе проектирования при обоснованном распределении функций между человеком и ЭВМ и обоснованном выборе методов автоматизированного решения тех­нологических задач.

Различают проектирование трех видов: неавтоматизированное, автоматизированное и автоматическое. При неавтоматизиро­ванном проектировании все преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процес­са, а также представление описаний на различных языках осуще­ствляет человек. При автоматизированном проектировании все приведенное ранее осуществляется в процессе взаимодействия человека и ЭВМ, а при автоматическом проектировании — без участия человека.

При автоматизированном проектировании проектировщик ре­шает творческие задачи, а ЭВМ — задачи, функции которых свя­заны в основном с выполнением нетворческих или умственно-формальных процессов при проектировании, большого объема вычислительных операций.

В процессе развития теории проектирования и вычислительной техники функции ЭВМ становятся все более сложными с тенден­цией к постепенной передаче ЭВМ решения и творческих задач.

Производительность труда технолога-проектировщика повыша­ется благодаря мерам следующего характера:

• совершенствование системы проектирования, включая систе­матизацию самого процесса проектирования и улучшение труда проектировщиков;

• комплексная автоматизация нетворческих функций проекти­ровщика в процессе проектирования;

• разработка имитационных моделей для автоматического вос­произведения деятельности человека, его способности принимать решения в условиях полной или частичной неопределенности со­здавшихся ситуаций.

По степени углубленности разработок различают несколько уровней проектирования, в частности, это разработка принципи-. альной схемы технологического процесса, проектирование техно-

БЗак .519

161

логического маршрута обработки, проектирование технологичес­ких операций, разработка упра&пяющих программ для оборудова­ния с числовым программным управлением.

Технологический процесс механосборочного производства и его элементы являются дискретными, поэтому задача синтеза заклю­чается в определении структуры элементов. Если из числа вариан­тов структуры необходимо выбрать наилучший по каким-либо па­раметрам, то такую задачу синтеза называют структурной оп­тимизацией.

Расчет оптимальных параметров технологического процесса или операции (перехода) при заданной структуре с позиции некоторого критерия называют параметрической оптимизацией. Возможности постановки и решения задач структурной оптимиза­ции ограниченны, поэтому пол оптимизацией часто понимают только параметрическую оптимизацию. Следовательно, парамет­рическая оптимизация — это определение таких значений пара­метров X , при которых некоторая функция F ( X ), называемая це­левой или функцией эффективности, принимает экстремальное значение.

1

Структурный синтез ТП

I

Составление ММ

I

Расчет параметров

Анализ

Изменение

структуры

объекта

— Изменение параметров

 

Нет

Оформление

технологической

документации

Корректировка ТЗ

 

162

Формулировка ТЗ на разработку

К следующему уровню проектирования

Рис. 5.1. Схема процесса проектирования на /-м уровне

На каждом /-м уровне процесс технологического проектирова­ния (проектирование ТГТ и его оснащение) представляется как решение совокупности задач (рис. 5.1).

При решении технологической задачи взаимодействие техно­лога-проектировщика с ЭВМ представляет собой процесс обмена информацией в определенном режиме. Различают два основных режима взаимодействия с ЭВМ: пакетный (автоматический) и диалоговый (оперативный).

При пакетном (автоматическом) режиме технолог-пользо­ватель и программист, как правило, не имеют прямой связи с ЭВМ. Тексты программ, результаты их проверка и решения техно­логической задачи передаются через оператора машине. Пакет при­кладных программ представляет собой комплекс программ, рабо­тающих под управлением программы-монитора и предназначен для решения определенного класса близких между собой технологи­ческих задач, например проектирование технологического марш­рута обработки деталей определенного класса (группы), сборки узлов и сборочных операций заданного типа.

При диалоговом (оперативном) режиме технолог-проек­тировщик-пользователь непосредственно связан с ЭВМ посред­ством пользовательского интерфейса, обеспечивающего достаточ­но быстрое получение информации через интервал времени, не нарушающий естественного хода его мысли. Диалоговый режим целесообразно применять тогда, когда этот метод является един­ственным, а также если он эффективен.

Эффективным диалоговый режим может быть при решении творческих задач, когда требуется эвристический подход (рас­познавание геометрических образов деталей, размерных и топо­логических связей между элементарными геометрическими обра­зами с целью оптимального выбора схем базирования, проекти­рование маршрута обработки, сборки и др.). Эти и многие другие задачи могут быть автоматизированы лишь путем синтеза твор­ческих процессов человека и «способностей» машинных программ. Вместе с тем при диалоговом режиме значительно увеличивают­ся затраты на проектирование. Можно создавать пакеты программ, позволяющих накапливать опыт проектирования и формировать алгоритмы классификации, генерирования понятий, поведения. Поэтому возникла и решается задача создания автоматизирован­ных систем проектирования технологических процессов в режи­ме диалога с последующим переходом к пакетному (автомати­ческому) режиму более высокого уровня путем использования программ обучения.

К числу наиболее сложных и наукоемких систем в современной технике относят системы автоматизированного про­ектирования, разработка которых включает следующие основ­ные задачи: анализ процессов технологического проектирования

Б -

163

(разработка ТП и средств оснащения); алгоритмизация проектных задач на базе методов оптимизации, математического моделиро­вания, дискретной математики, искусственного интеллекта; раз­работка программных комплексов для решения задач проектиро­вания производственных и технологических систем; создание про­ектов САПР, включая выбор и адаптацию программных и техни­ческих средств, разработку операционных сред САПР. Все рассмот­ренное выше является комплексом задач, решаемых разработчи­ком САПР при участии специалиста в предметной области (техно­лога-машиностроителя).

При создании САПР, в том числе проектирования ТП, необ­ходимо учитывать следующий ряд важных положений.

• САПР строится как открытая и развивающаяся система, в которой проектирование ведется с помощью ЭВМ. САПР разраба­тывают продолжительное время, поэтому экономически целесо­образно вводить ее в эксплуатацию по частям по мере готовности. Созданный базовый вариант системы может расширятся. Кроме того, возможно появление новых, более совершенных математи­ческих моделей и программ, изменяются также и объекты проек­тирования.

• САПР создается как иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации на всех уровнях проектиро­вания. Так, в САПР технологических процессов обычно включают подсистемы структурного, функционально-логического и элемен­тного проектирования (разработки принципиальной схемы техно­логического процесса, проектирования маршрута, проектирова­ния операции, разработки управляющих программ для оборудова­ния с ЧПУ). Иерархическое построение САПР относится также к специальному программному обеспечению и к техническим сред­ствам (центральный вычислительный комплекс и рабочие стан­ции WS).

• САПР представляет собой совокупность информационно-со­гласованных подсистем. Обслуживание всех или большинства пос­ледовательно решаемых задач ведется информационно-согласован­ными программами. Плохая информационная согласованность при­водит к тому, что САПР превращается в совокупность автономных программ.

• САПР должна быть инвариантной системой, т.е. универсаль­ной или типовой. Структурными частями САПР являются подсис­темы. Подсистема — выделяемая часть системы, с помощью которой можно получить законченные результаты проектирова­ния. Каждая подсистема содержит элементы обеспечения. Предус­матриваются следующие обеспечения автоматизированного (авто­матического) проектирования:

методическое обеспечение — совокупность документов, ус­танавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств

164

обеспечения проектирования, необходимых для выполнения ав­томатизированного проектирования;

информационное обеспечение — совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования, представленных в заданной форме;

математическое обеспечение — совокупность математи­ческих методов, математических моделей и алгоритмов, необхо­димых для проектирования, представленных в заданной форме;

лингвистическое обеспечение — совокупность языков про­ектирования, включая термины и определения, правила форма­лизации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов, необходимых для проектирования, представленных в за­данной форме;

программное обеспечение — совокупность машинных про­грамм, необходимых для проектирования, представленных в задан­ной форме; программное обеспечение делят на две части: 1) об­щее (операционная система), которое необходимо для функцио­нирования ЭВМ; 2) специальное, которое включает все про­граммы решения конкретных проектных задач;

техническое обеспечение — совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для проектирования. К техническому обеспечению предъявляются сле­дующие требования: достаточность вычислительных ресурсов (про­изводительность и емкость памяти) для решения всех основных проектных задач; приближенность к рабочим местам проектиров­щиков, создание дружественного интерфейса пользователь—ЭВМ; обеспечение коллективного выполнения проектирования. Главное направление ускорения вычислений в современных ЭВМ — рас­параллеливание вычислений. Высокопроизводительные вычисле­ния требуются, п частности, для обработки графической инфор­мации в интерактивном (в реальном масштабе времени) режиме при разработке конструкторско-технологической документации;

организационное обеспечение — совокупность докумен­тов, устанавливающих состав проектной организации и ее подраз­делений, связи между ними, их функции, а также форму пред­ставления результата проектирования и порядок рассмотрения про­ектных документов, необходимых для выполнения проектирова­ния.

Основные виды перечисленных обеспечений требуют разработ­ки базы данных и, как следствие их дальнейшего развития и ин­теллектуализации — разработку базы знаний.

База данных — структурированная совокупность данных. Наименьшая единица описания данных называется элемен­том описания. Совокупность элементов описания, объеди­ненных отношением принадлежности к одному описываемому объекту, образуют запись. Если элементы описания соотносят-

165

ся с отдельными свойствами объекта, то запись описывает объект в целом. Например, код типа операции, логическая функция, коэффициент разветвления в совокупности составляют запись и описывают свойства конкретного объекта — технологической опе­рации.

Система управления базами данных (СУБД) состоит из языко­вых и программных средств, предназначенных для создания и ис­пользования базы данных прикладными программами, а также непосредственно пользователями-непрограммистами.

Банк данных — совокупность базы данных и системы уп­равления базами данных (например, нормативно-технологическая информация).

Переход от данных к знаниям зависит от уровня информацион­ных структур, обрабатываемых на ЭВМ. Логическим следствием этого является например, методика выбора маршрутов обработки, параметры технологических операций и т.д. Основные отличия зна­ний от данных сводятся к следующим понятиям:

интерпретируемость — означает то, что данные, поме­щенные в ЭВМ, могут содержательно интерпретироваться лишь соответствующими программами. В отрыве от программы данные не несут никакой содержательной информации, тогда как знания отличаются тем, что возможность содержательной интерпретации присутствует в них всегда;

наличие классифицирующих отношений — эта особенность данных заключается в том, что, несмотря на разнооб­разие форм их хранения, возможности компактного описания всех связей между различными типами данных ограничены;

ситуативные связи — определяют ситуативную совмес­тимость отдельных событий или фактов, хранимых в памяти или вводимых в нес, и позволяют строить процедуры анализа знаний.

База знаний включает знания, которые представляются моделями. Наибольшее распространение получили логические мо­дели, семантические сетевые модели, фреймовые и продукцион­ные.

Логические модели базируются на понятии формальной си­стемы, задаваемой четырьмя множествами Л/= (Т, Р, A , F ), где Т— множество базовых элементов, Р — множество синтаксических правил, позволяющих строить из Т синтаксически правильные выражения; А — множество априорно истинных выражений (ак­сиом); F— семантические правила вывода, позволяющие расши­рить множество аксиом другими выражениями. Чаще используют модели, основанные на исчислении предикатов.

Семантическая сетевая модель основана на идее ассо­циации между понятиями. Базовым функциональным элементом семантической сети служит структура из двух компонентов: узлов и связывающих их дуг. Узел представляет некоторое понятие, а

166

дуга отношение между парами понятий. Каждая из таких пар пред­ставляет простой факт, как, например, факт: «Петров учится в машиностроительном техникуме». Дуга имеет направленность. Мож­но сформировать сеть фактов путем соединения любого узла с любым числом других узлов.

Фреймовые модели основаны на концепции фреймов, со­гласно которой распознавание любых ситуаций начинается с оп­ределения соответствия этой ситуации. В общем случае фрейм со­держит как информационные, так и процедурные элементы, обес­печивающие преобразование внутри фрейма и связь с другими фреймами.

Адаптивность, ситуативная гибкость моделей представления знаний в виде сети фреймов обеспечивают их применение в про­цессоре интеллектуальной обработки информации.

Продукционные модели основаны на правиле продукции: посылка -> следствие (если -> то).

В частности, при автоматизированном проектировании опти­мальных технологических процессов механосборочного производ­ства нужно учитывать следующее:

• системность автоматизированного проектирования на основе характера и взаимосвязи факторов, влияющих на построение тех­нологического процесса, определяющих обеспечение заданного качества изготовляемых изделий и экономическую эффективность разрабатываемой технологии;

• оптимизацию проектируемого технологического процесса, предусматривающего комплексную взаимосвязь его структуры, параметров качества изготовляемого изделия, режимов обра­ботки;

• рациональное сочетание типовых и индивидуальных техноло­гических решений на Rcex уровнях проектирования.

Повышение уровня типизации, унификации и стандартизации при разработке технологических процессов во многом определяет эффективность автоматизированного проектирования.

Автоматизированная система технологической подготовки про­изводства включает проектирование технологических процессов на стадии как заготовительного производства, так и обработки реза­нием и сборки, проектирование технологической оснастки, спе­циального инструмента и нестандартного оборудования.

Под р£1бочим процессом в информационной системе понимают преобразование входных данных в выходные. В данной системе это означает преобразование информации о детали, представленной в виде информационной модели в технологическую документацию. Обычно этот процесс включает следующие этапы: разработку прин­ципиальной схемы технологического процесса; проектирование тех­нологического маршрута обработки детали; проектирование тех­нологических операций с выбором оборудования, приспособле-

167

ний и инструмента, а также с назначением режимов резания и норм времени; разработку управляющих программ для станков с ЧПУ; расчет технико-экономических показателей технологичес­ких процессов; разработку необходимой технологической докумен­тации. Решение о формальном распределении функций между ЭВМ и человеком принимается проектировщиком, который непосред­ственно участвует в рабочем процессе. Другим важным и необхо­димым элементом рабочего процесса является информационное обеспечение — характеристика обрабатываемых материалов, ката­логи станочного оборудования, режущего и измерительного инст­рументов.

В настоящее время существует множество систем проектирова­ния ТП. Среди них особое место занимают информационно-поис­ковые системы, основанные на адресации деталей и унифициро­вании ТП (типовом и групповом). Они позволяют формировать БД по технологическому оснащению, типовым деталям и т.п. Боль­шая группа систем основана на синтезе структуры ТП из обоб­щенной структуры (рис. 5.2).

Обобщенная структура М' состоящая из типовых индивиду-

*                                                          л

альных маршрутов M_h представляется как M ' _y \ uMi и М_{ с М_у.

Рис. 5.2. Схема синтеза структуры технологического процесса из обоб­щенной структуры:

My — обобщенная структура (обобщенный маршрут); М, — множество операций, входящих в i -й индивидуальный маршрут; ТП — технологический процесс; 1', 2¹, ..., т' — множество деталей 1-й группы, операции изготовления которых вхо­дят в индивидуальный маршрут А/₍; 1*, 2*, ..., /л* — множество деталей Лг-й груп­пы, операции изготовлениях которых входят в индивидуальный маршрут М„

168

Рис. 5.3. Схема структурного синтеза технологического процесса на основе базового конструктива с элементами конструктивного обогащения:

БК, — базовый конструктив; ТП_БК, — совокупность операций обработки базовых конструктивов; р_к — совокупность переходов для обработки элементов конст­руктивного обогащения

Необходимым условием включения индивидуального маршрута Л/,-в обобщенную структуру является наличие непустой области пере­сечения М'_у и Mj . Учитываются условия назначения операций (пе­реходов) в маршруты. Модель эксперта включает алгоритмы выде­ления ТП (маршрута или операции) из обобщенной структуры для конкретных условий по определенным правилам (машина вы­вода).

В случаях неустоявшейся номенклатуры изготовляемых дета­лей (например, в экспериментальном машиностроении) в осно­ву автоматизированной подсистемы проектирования ТП заклады­вают принцип группирования по базовым (типовым) конструк­тивам БК, изготовляемого комплекта деталей и конструктивным обогащениям (отдельным конструктивным элементам) (рис. 5.3). Таким образом, технологический процесс для изготовления ком­плекта деталей можно представить как совокупность операций обработки базовых конструктивов ТП_БК, и переходов р_к на обра­ботку элементов конструктивного обогащения М= {ТП_вк.р_к\. Та­кой подход позволяет перейти к блочно-модульному принципу проектирования ТП и подготовки УП для станков с ЧПУ.

Модель эксперта включает правила, учитывающие соотноше­ние конструктивных признаков базового типового образа (кон­структива) и конструктивных элементов обогащения, что оп­ределяет проектирование типового или единичного ТП. Синтез тех­нологического процесса проводится при условии либо выделения ТП из обобщенной структуры, либо проектирования единичного

169

ПТ. Машина вывода в обоих случаях позволяет иметь альтернатив­ные варианты, позволяющие учитывать изменяющиеся производ­ственные условия (см. рис. 5.3).

Достоинство разработки технологических процессов с помощью базовых конструктивов и конструктивного обогащения состоит прежде всего в том, что она позволяет существенно упростить еди­ничный сквозной цикл проектирование—изготовление детали. Для таких средств проектирования могут существовать библиотеки опе­рационных карт и определенные наборы групповых карт наладки оборудования. Последнее обеспечивает групповые способы произ­водства спроектированных деталей.

При формировании типовых образов и фрагментов обогаще­ний прежде всего учитывались данные, приходящие с технологи­ческого уровня, конкретизирующие информацию об элементах деталей на основе общности рабочего месга, оснастки, режущего инструмента, материала. Это обеспечивает оперативную связь при интерактивном взаимодействии конструктора и технолога на базе вычислительной системы. Такой подход позволяет обеспечить мак­симальное значение целевой функции.

Выделение конкретной структуры из обобщенной происходит по нисходящим, восходящим и комбинированным направлениям. Предложенные автоматизированные системы САПР ТП являются многоуровневыми — от разработки принципиальной схемы тех­нологического процесса до подготовки УП для изготовления дета­лей на станках с ЧПУ.

В частности такие системы основываются на многошаговом син­тезе; использовании таблиц применяемости; на поэтапном преоб­разовании описания изделия в описание технологического про­цесса изготовления этого изделия; на иерархической системе, ма­тематическом моделировании на разных уровнях абстрагирования (САПР сборки).

Основными уровнями технологического проектирования про­цессов сборки в системе являются выбор схемы базирования; оп­ределение конструктивной схемы сборочного приспособления^ определение последовательности установки сборочных единиц; проектирование технологических процессов сборки.

5.2. Структурный синтез при проектировании технологических процессов

В основе решения задач структурного синтеза различной слож­ности лежит перебор вариантов счетного множества. При переборе каждая проба включает: создание (поиск) очередного варианта, принятие решения о замене ранее выбранного варианта новым и продолжение или прекращение поиска новых вариантов.

170

Задачи структурного синтеза при автоматизированном техно­логическом проектировании зависят от уровня сложности. В наи­более простых задачах синтеза (первого уровня сложности) за­дается структура технологического процесса или его элементов (опе-рации, переходы). В этом случае часто используют таблицы приме­няемости (табличные модели).

Для полного перебора вариантов структуры из конечного мно­жества необходимо задавать перечень всех элементов этого множе­ства (второй уровень сложности структурного синтеза). Такой перечень создается в виде каталога типовых вариантов структуры, например, типовых технологических маршрутов. Тогда для данно­го класса, подкласса или группы, подгруппы, вида деталей уста­навливается так называемый обобщенный маршрут (обобщенная структура) обработки. Он включает перечень операций обработки, характерный для определенного класса, подкласса или группы, подгруппы, вида деталей. Перечень является упорядоченным и представляет собой множество существующих индивидуальных маршрутов. Эти маршруты имеют типовые последовательность и содержание, причем для предприятия или отрасли они отражают передовой производственный опыт.

При третьем уровне сложности структурного синтеза реша­ются задачи выбора варианта структуры во множестве с большим, но конечным результатом известных вариантов. Для решения та­ких задач используют алгоритмы направленного перебора (напри­мер, алгоритмы дискретного линейного программирования), ал­горитмы последовательные, итерационные и др.; сведение задачи к полному перебору путем ограничения области поиска на стадии формирования исходных данных. Например, оптимизация плана обработки поверхности представляет задачу структурного синтеза, когда выбор варианта плана происходит во множестве с большим, но конечным числом известных вариантов. Для поиска оптималь­ного варианта используют алгоритмы дискретного программиро­вания, находят условия, которым должен удовлетворять оптималь­ный многошаговый процесс принятия решений. Подобный анализ называют динамическим программированием. Опти­мальная стратегия обладает тем свойством, что каков бы ни был путь достижения некоторого состояния (технологического перехо­да) последующие решения должны принадлежать оптимальной стратегии для части плана обработки поверхности, начинающего­ся с этого состояния (технологического перехода). Для того чтобы учесть сформулированный принцип оптимальности, можно исполь­зовать следующие обозначения: f „{ p ) — технологическая себесто­имость, отвечающая стратегии минимальных затрат для плана об­работки от технологического перехода р, до последнего перехода (если до него остается я шагов); j_n ( p ,) — решение, позволяющее достичь/„(р,).

171

Общей особенностью всех моделей динамического программи­рования является сведение задач принятия решения к получению рекуррентных соотношений, которые можно представить как

Up,) = min[ Срц + Л -iipj)],                           (5. i)

где Cpij — технологическая себестоимость при выполнении техно­логического перехода pj после перехода р,.

Возможные варианты плана обработки поверхности представ­ляют собой сеть или граф. Рекуррентное соотношение (5.1) позво­ляет из множества сформированных вариантов выбрать один или несколько лучших с указанием глубин резания, подач и скорости резания по технологическим переходам, а также заготовку.

К третьему уровню сложности структурного синтеза технологи­ческого процесса и его элементов относятся также задачи цело­численного программирования. При этом программировании к требованиям линейности критерия и ограничений добавляется ус­ловие целочисленное™ переменных. Например, имеющуюся со­вокупность р переходов необходимо распределить по позициям станка (вертикального или горизонтального многошпиндельного токарного полуавтомата, пруткового автомата и др.), для чего вво­дят переменные

{

1, если /-и переход выполняется на /-й позиции; О, в противном случае,

где /= 1, 2, ..., и;у= 1, 2, ..., т.

При этом учитывают следующие основные группы ограниче­ний, связанных:

1) с необходимостью закрепления определенных переходов за
позициями станка:

1 ^x v = >.

где Aj — множество индексов позиций, на которых может быть выполнен /-й переход;

2) с требованием определенной очередности выполнения пе­
реходов:

^X ii - Z, ^x i> ^v ДЛЯ ^всех ' ^е Bhj ⁶ Л>

где v — скорость резания; В, — множество индексов переходов, без выполнения которых нельзя выполнить переход с индексом /';

3) с возможностью совмещения нескольких переходов на од­
ной позиции ^ X / j ^ k , при котором суммирование ведется по

индексам рассматриваемых переходов. Целое число к означает чис­ло совмещенных на одной позиции переходов.

172

Если при указанных ограничениях требуется найти минимум целевой функции

где Су — себестоимость /-го перехода на позиции/, то задача цело­численного программирования с булевыми переменными может быть решена методом частичного перебора (аддитивный алгоритм). Задачи структурного синтеза четвертого уровня сложности (выбор вариантов во множестве с заранее неизвестным числом элементов или вообще в бесконечном множестве) решаются при активном участии технолога-проектировщика и реализуются в ре­жиме диалога с ЭВМ. Например, при проектировании инструмен­тальной наладки для пруткового автомата в режиме диалога уста­навливается определенный порядок взаимодействия технолога-про­ектировщика и ЭВМ (рис. 5.4). Технолог, работающий в режиме диалога с ЭВМ, выбирает компромиссный вариант структуры меж-

Техиолог-проектировщик_______________ ЭВМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

	Кодирование исход­ной информации				Первичная обработка
					Проектирование инструментальной налад­ки, оптимизация режи­мов резания, расчет гео­метрии кулачков и Ти
	Оценка, принятие решения, корректировка структуры наладки и режимов резания
					Расчет режимов резания, геометрии кулачков и 7^,
Нет
^•-''Резуль-'Х. / S ^ тат удовлет- ^\___
"\. ворип Да		:лы1ый_ '			Нормирование операции, оснащение режущими, измерительными и вспомогательными инструментами
					Получение операционной карты

Рис. 5.4. Схема взаимодействия технолога-проектировщика и ЭВМ при

проектировании автоматной операции:

7"_м — время рабочего цикла автомата

173

ду производительностью автомата и вероятностью обеспечения заданного качества обрабатываемой детали. ЭВМ помогает техно­логу принять решение об изменении структуры, рассчитав по про­грамме режимы резания и производительность автомата.

Для этого должен быть создан управляющий алгоритм, коорди­нирующий действие технолога-проектировщика и ЭВМ. Их обще­ние осуществляется с помощью директив ввода и редактирования текстовой или графической информации. После ввода исходной

[ JM

БШ

д

X

10

аза

=* л.

«о

о

X

S

10.

ш

0,2

м

Рис. 5.5. Структура инструментальных наладок:

а—е — до изменения (первоначальная); .ж—м — после изменения технологом-проектировщиком

174

информации ЭВМ проектирует инструментальную наладку, вы­полняет оптимизацию режимов резания и расчет ожидаемой дли­тельности рабочего цикла Т_ы работы пруткового автомата. Резуль­таты проектирования выводятся на экран дисплея в виде карты -таблицы с наименованием переходов по суппортам, параметрам обработки, с режимами резания и нормами времени, рекоменду­емыми для изготовления кулачков. После оценки результатов тех­нолог-проектировщик принимает решение об изменении структу­ры операции (например, как показано на рис. 5.5). С клавиатуры он вводит изменение в ЭВМ, эти итерации технолог-проектировщик в рамках заданного времени может проводить до тех пор, пока результаты проектирования не будут оценены как удовлетвори­тельные. Затем с помощью ЭВМ по программе производятся осна­щение операции, расчет кулачков, нормирование и документиру­ются результаты проектирования.

Имеется гиперболическая зависимость между числом коррек­тировок N (и те р а ц и й) и проектной длительностью Т_м рабочего цикла автомата (рис. 5.6). Технолог-проектировщик при автомати­зированном проектировании в среднем добивается наиболее зна­чительного (до 1,10— 1,15 от возможно достижимого Т_ы) улучше­ния операции за две-три итерации. При заданном отрезке времени в режиме диалога с ЭВМ можно сделать итераций гораздо боль­ше, чем при неавтоматизированном проектировании, тем самым длительность цикла автомата уменьшается на 10... 15 % и более:

"* М ~ ' М . Н ~ ' МЛ >

где Т_м„, Т_ыл — длительность рабочего цикла автомата соответ­ственно при неавтоматизированном и автоматизированном (в ре­жиме диалога) проектировании.

8 N

Рис. 5.6. Зависимость между числом /V корректировок (итераций) и длительностью Ты рабочего цикла автомата после первой 7"м|, третьей 7"м3 и восьмой Тм8 итерациями

Обычно окончательной считается наладка после двух корректи­ровок (итераций), хотя наиболее эффективная наладка (по крите­рию производительности) полу­чается после четырех-пяти кор­ректировок (рис. 5.7). На приве­денной кривой имеется участок между первой и второй итераци­ями, когда время рабочего цик­ла автомата Т_ы остается неизмен­ным. Анализ работы технологов-проектировщиков показал, что на первых итерациях они пыта­ются обеспечить заданную точ­ность изготовляемой детали.

Процесс проектирования мо­жет быть представлен в виде сложноорганизованной иерархи-

175

число возможных вариантов членении достаточно велико. Таким образом уменьшают число возможных вариантов и в то же время увеличивают число целесообразных вари­антов — это один из методов решения сложных задач в условиях неполной информации. В итоге получают четыре-пять вариантов наладок, из которых выбирают одну наиболее эффективную. Таким образом процесс последовательного проектирования нескольких наладок при неавтоматизированном проектировании преобразуется в процесс параллельного проектирования. При этом при выборе числа синтезируемых наладок исходят из результатов анализа процесса неавтоматизированного проектирования.

Рис. 5.7. Зависимость длитель­ности рабочего цикла автома­та Т_ы от числа N корректиро­вок (итераций):

Т_ми Т_м2 — варианты изменения длительности рабочего цикла ав­томата

ческой системы с сохранением пос­ледовательности выполнения этапов при неавтоматизированном проекти­ровании (рис. 5.8).

Исходя из основных принципов теории принятия решений в условиях неполной информации синтезируют­ся одновременно несколько вариан­тов, наиболее эффективных по каким-либо критериям для дальнейшего про­ектирования. Например, при условном членении детали на комплексы обра­батываемых поверхностей синтезиру­ются не один, а несколько вариантов решений (в среднем два-три), хотя

Этапы:

Выбор оборудования

Членение поверхностей на комплексы ЭОП Выбор маршрута обработки комплекса ЭОП Членение переходов по позициям МША

Выбор заготовки

Выбор наладки

Рис. 5.8. Дерево альтернатив процесса проектирования:

1 —8 — этапы альтернативного проектирования; ЭОП — элементарная обраба­тываемая поверхность; МША — многошпиндельный автомат

176

Пятый, самый сложный, уровень структурного синтеза на­правлен на создание принципиально новых технологических про­цессов и решается так называемым поисковым конструированием (искусственный интеллект).

Одним из путей поискового конструирования является исполь­зование метода эвристических приемов:

1) уяснение или формулирование ТЗ;

2) выбор одного или нескольких аналогов (прототипов) техно­логического процесса;

3) анализ прототипов, выявление их недостатков и формули­рование постановки задачи в виде ответов на вопросы:

а) какие показатели качества в прототипе синтезирующего
технологического процесса и насколько желательно их улуч­
шить?

б) какие новые параметры качества детали должен обеспе­
чить создаваемый технологический процесс и какие параметры
качества должен утратить рассматриваемый прототип?

4) решение задачи.

Большие трудности, возникающие при поисковом конструи­ровании и эвристическом программировании, привели к появле­нию экспертных систем. В основе экспертных систем лежит база данных, используемая экспертом (технологом-пользователем) в режиме диалога. Качество проектных технологических решений (в частности, проектирование маршрутной и операционной техно­логий) зависит от уровня подготовки эксперта.

5.3. Параметрическая оптимизация

Расчет оптимальных параметров (режимов резания, парамет­ров качества и др.) технологического процесса или операции при заданной структуре с позиции некоторого критерия называют па­раметрической оптимизацией, которая предусматрива­ет определение таких значений параметров x_h при которых неко­торая функция F ( X ) (где х, е. X ), называемая целевой функцией или функцией эффективности (например, приведенные затраты, технологическая себестоимость, штучное время, штучная произ­водительность, технологическая производительность, вспомога­тельное время и др.), принимает экстремальное значение.

Для решения задач оптимизации в технологическом проекти­ровании используют функциональные математические модели и такие методы математического программирования, как линейное, целочисленное, динамическое, геометрическое и др.

В технологическом проектировании оптимизационные модели, описанные методами математического программирования, запи­сывают в следующем виде:

177

F(x,, x₂,.-., x „) -> min(max); gi(x_ux₂,...,x_n)<bi, / = I,/и;

a_u < Xj < a _{2 i} , J = Un .

Здесь все управляемые x, могут принимать значения из множества [&и, a .2 i \ Действительных чисел; ДЛ) и g(A) — скалярные функции, где Х= (Х(, х₂, ..., х„); bi — заданные действительные функции.

Задачи подобного типа в технологии машиностроения возни­кают при определении оптимальных режимов обработки. В этом случае могут быть использованы методы линейного и нелинейно­го программирования.

Применение метода линейного программирования вызывает трудности, связанные с линейностью критерия оптимальности и ограничений. Например, при назначении плана черновой обра­ботки поверхности заготовки должны быть учтены ограничения, связанные с техническими данными оборудования, характеристи­ками режущего инструмента, размерами детали и др. Эти ограни­чения с функцией g выражаются через параметры переходов (ра­бочих ходов) — режимы резания (/ — глубина резания, мм; s — подача шпинделя, мм/об; v — скорость резания, мм/с) и соот­ветствующие величины Ь„ характеризующие условия обработки (мощность привода оборудования; допустимая сила, действующая на механизм подачи станка; прочность и стойкость режущего ин­струмента; допустимое перемещение заготовки под действием сил резания):

Я,(/, s, v)<b_{; g₂(t, s, v) < Ь_г \

g „( t , s , v )< b „.

Для согласования значений подачи s , мм/об, и частот враще­ния шпинделя п, мин"¹, с паспортными данными оборудования используют коэффициенты геометрических рядов подач (ср₅) и ча­стот вращения шпинделя (ф„):

(5.2)

5 = 5, Ф^⁴;

где s ,, л, — наименьшие числа в рядах подач и частот вращения шпинделей; z_s - I, z „ - 1 — показатели степени.

Лучшему варианту плана обработки будут соответствовать ми­нимальные затраты С_р, т.е.

C_P = t^c »                                     (5.3)

178

где Q — затраты на выполнение перехода (рабочего хода); р — число переходов (рабочих ходов).

Путем логарифмирования ограничений (5.2) и целевой функ­ции (5.3), связанных с одним переходом (рабочим ходом), полу­чают линейную задачу Z - к₀+ к^ + &2Х₂ + fcjx₃ -> min при ограни-

з                     

чениях Yj^au^xj - bh ' ⁼ Ъ ⁿ ' ^гД^{е а}и~ коэффициенты, зависящие от

показателей степени при глубине резания, подаче и скорости ре­зания в формулах сил и скорости резания, а также от коэффици­ентов геометрических рядов подач и частот вращения шпинделя; к₀, ..., к₃, bj — коэффициенты и величины ограничений, завися­щие от конкретных условий обработки; Xj = Inf, х₂ = z ^ х₃ = z „; t , s — соответственно глубина резания и подача при рассматриваемом переходе.

Одним из возможных методов решения широкого класса нели­нейных задач является метод геометрического программирования, который позволяет рассматривать задачи с учетом особенностей их инженерной постановки. Основное требование геометрического программирования состоит в том, чтобы все технические характе­ристики были выражены в виде положительных полиномов (п о -з и н о м ы) от регулируемых параметров, т. е. в виде функций

g ( X ) = tbU^x ?>

где с, и ау — постоянные; с,> 0, х_у-> 0.

Во многих технологических задачах зависимости между парамет­рами приводят к функциям типа позиномов. Так, при построении операций при врезном шлифовании на одно- и многокруговых шли­фовальных полуавтоматах ставилась задача выбора режимов обра­ботки, которые обеспечивают минимальное время обработки для достижении заданной точности. С учетом ограничений по суммар­ным значениям радиальных сил и по суммарной мощности, необ­ходимой для резания, а также ограничения, обеспечивающего раз­мерную стойкость круга при черновой обработке, формулируется следующая задача геометрического программирования:

g₀(x) = с ^ х ^ + c₂x,x₂'^7S + CjXj'V -> min; _g] (x) = c<x°-*x°/<l; g₂(x) = c₅x₂ < 1; g₃(x) = c₆x, +c₇x₃ <1;

x,>0(y = U); c,> 0(1 = 1/7),

где с,,..., c₇ — постоянные; х, = Sj — подача; x ^ = n , — частота враще­ния заготовки; х₃ — переменная, носит вспомогательный характер.

179

Геометрическое программирование более чем другие методы не­линейного программирования приспособлено для использования ЭВМ. В процессе решения появляется возможность анализировать поведение целевой функции go ( x ) при изменении различных па­раметров, входящих в задачу.

Для параметрической оптимизации может быть использован ме­тод динамического программирования, который сводится к рекур­рентным соотношениям (например, распределение припуска по тех­нологическим переходам). Динамическое программирование является вычислительным методом, приводящим к глобальному оптимуму.

Используют также различные методы поиска, исключающие полный перебор (например, метод регулярного поиска для опре­деления оптимальных режимов резания при обработке ступенча­тых валов на токарном гидрокопировальном полуавтомате). Задают исходные данные (размеры и материал детали, режущий инстру­мент, глубину резания, жесткость узлов станка, цикловые и вне-цикловые потери времени работы оборудования). Требуется найти режим обработки Sj , n „ удовлетворяющий условиям по точности обработки, шероховатости Rzj поверхности, мощности Л^з, рас­ходуемой на резание, кинематике станка и приводящий целевую функцию к максимуму:

A>7m_ax ^ Мл

Лита* ^ Мл

^^z/max - ^²/доп'.

1

/=1

N_fpa < N_ar\k „;

(5-4)

L W/рсз ^ N_Ki\k„\

nun — ^Jj — ■'max»

V,

< V- < V

— ^vi — "max>

0ф =

К

Kt_x + KCZc_i+t_e)₊\'

(5-5)

где 5/ — заданный допуск на диаметр ступени /; А_г/ — ожидаемая суммарная погрешность; Ду/_тах, Am,™ — составляющие суммарной погрешности; /с,, к₂ — экспериментальные коэффициенты; N_n — мощность электродвигателя; к„ — коэффициент перегрузки элект­родвигателя; ц — КПД электродвигателя; q + I и q — индексы резцов, установленных соответственно на гидрокопировальном и поперечном суппортах; А"—технологическая производительность;

180

/_х — время на холостые перемещения инструмента; £С, — потери времени, связанные с эксплуатацией режущего инструмента; t_e — внецикловые потери времени.

Ограничения (5.4) определяют возможные варианты обработ­ки деталей. Для каждой обрабатываемой поверхности детали име­ется набор возможных сочетаний Sj и я,-, выбор которых обуслов­лен приведенными выше ограничениями. Множество допустимых для поверхности детали/пар (sy, я,) обозначают R _{ ~ {(«,, л^.где / = !,*.

Возможный вариант обработки детали в целом может быть реа­лизован с параметрами Sj , n_b принадлежащими всем множествам

Rf . На рис. 5.9, а показана область R их пересечения ^л, е Г\ R_f . Для

начала перебора находят один допустимый режим резания ( s_{j 0} , /j_i0) (рис. 5.9, б) и, двигаясь от него вдоль границы области пересече­ния, определяют оптимальный режим s^_n, n_ion , приводящий целе­вую функцию (5.5) — (2ф — к максимуму.

Влияние ограничений на значение целевой функции и на об­ласть допустимых решений задачи будет разным. Так, анализ ре­зультатов моделирования операции обработки на токарных гидро­копировальных полуавтоматах показал, что изменение заданного допуска 8/ на диаметр ступени вала влияет как на значение целе­вой функции Q (рис. 5.10, а), так и на число возможных вариантов обработки (рис. 5.10, б).

Sj, мм/об                                    Sj , мм/об

а                                                    б

Рис. 5.9- Схема образования допустимых режимов резания (о) и геомет­рическая интерпретация нахождения оптимальных режимов резания с наложением уровней целевой функции (б):

R_t, Л₂, /?₃ ^— множество допустимых режимов резания (частоты вращения шпин­деля и др.); S /, я, — подачи и частоты вращения шпинделя при обработке соответ­ственно I-, 2- и 3-й ступеней вала; R — общая область допустимых режимов резания для всех трех ступеней вала; iy₀, я,₀ — исходное значение подачи и часто­ты вращения шпинделя; s_Jm , п_(ОП —то же, оптимальное значение

181

Q , iut ./ мин

п„ мин"

0,5

mill

0,2   0,3   0,4                                        sj, мм/об б

0,05 0,1  0,15 &_f, мм a

Рис. 5.10. Изменение целевой функции Q (а) в зависимости от допуска на размер диаметра ступени вала бу-и области допустимых режимов реза­ния (б) при d/> мм:

/ — 0,2; 2 — 0,15; 3 — 0,1; диаметр вала D_f = 60 мм; s _; — подача шпинделя; л, — частота вращения шпинделя

При параметрической оптимизации математические модели оценивают с точки зрения пригодности их использования для реше­ния технологических задач в производственных условиях. Их оце­нивают с помощью статистического анализа следующим образом:

1) путем сравнения двух методов решения конкретной произ­водственной задачи — математического моделирования и исполь­зования нормативных данных; при этом проверяют гипотезу соот­ветствия значений двух выборок;

2) проверкой математической модели на чувствительность к влиянию случайных факторов;

3) проверкой математической модели на ее адекватность ре­альному технологическому процессу.

5.4. Автоматизированные подсистемы проектирования технологических процессов

Кратная характеристика методов автоматизации проектных работ

Существующие подсистемы проектирования в своем большин­стве относятся к информационно-поисковым или вариантным и в меньшей степени к поисковым группам.

На рис. 5.11 показаны схемы методов автоматизации проектных работ, которые можно сгруппировать по ряду признаков.

Первая группа — информационно-поисковые подсистемы. На рис. 5.11 /' и Q & — соответственно входные и выходные данные, хЬ— оператор (способ проектирования).

182

~ Н < й

/ £

Qi ii

 

Y -\ Qi

N ,

 

 

	1
1.
	С
4	1
	xy

Qi

Qi

 

Ql

Qi

Рис. 5.11. Схемы методов автоматизации проектных работ:

а, б — информационно-поисковые подсистемы (первая группа); в—д подсисте­ма вариантного проектирования (вторая группа); е— и — поисковые подсистемы (третья группа); Ii , Q ' _K — входные и выходные данные; xi — оператор (способ

проектирования)

Вторая группа — подсистемы типового вариантного проек­тирования, при котором создается обобщенная структура, а затем из нее синтезируется конкретная структура или структуры. При этом в большей или меньшей степени используется типизация. В типовом вариантном проектировании используются разные опе­раторы проектирования х^, основанные на наборе эвристических методов, логических или математических алгоритмов.

Третья группа методов объединяет поисковые подсистемы — творческие действия, направленные на то, что неизвестно. В част­ности, применяется эвристическое программирование.

Ниже приводится описание ряда подсистем проектирования, иллюстрирующих приведенные схемы проектных работ.

Подсистемы проектирования

Информационно-поисковые подсистемы. Существуют автомати­зированные информационно-поисковые подсистемы, основан­ные на методе адресации и использующие принцип работы с прототипом. На рис. 5.12 приведен пример алгоритма проектиро­вания методом адресации обрабатываемой детали к тому или иному ТП. Проектирование включает разработку технологичес­кого маршрута, операции и переходы. При этом для адресации

183

( Начало )

Выбор и корректирование технологического маршрута. Определение состава операций

" F

Выбор и корректирование операций. Определение состава переходов

Выбор и корректирование переходов

детали к тому или иному ТП не­обходимо, чтобы использова­лись унифицированные элемен­ты (операции, переходы, рабо­чие и вспомогательные ходы). Проектирование с прототи­пом позволяет максимально ис­пользовать накопленный пред­приятием опыт технологическо­го проектирования. Этот метод проектирования имеет отличи­тельные особенности:

Нет

Рис. 5.12. Алгоритм проектирования методом адресации

1) выбираемые прототипы не содержат всего состава элемен­тов технологического процесса (операций, переходов, рабочих ходов), которые следует вклю­чать при изготовлении изделия;

2) синтезировать структуру технологического процесса дол­жен технолог-проектировщик в режиме диалога с ЭВМ;

3) БД должна иметь сведения не только о типовых и группо­вых технологических процессах, но и об единичных.

Подсистемы на основе обоб­ щенной структуры. Принципи­альная схема этой подсистемы показана ранее (см. рис. 5.2). Как уже отмечалось, при технологическом проектировании получил распространение метод структурного синтеза, основанный на ис­пользовании типовых решений и относящийся к методам выделе­ния варианта из обобщенной структуры.

Работа по типизации технологических процессов является базой построения алгоритмов. В качестве основы используют типовые ре­шения в сочетании с индивидуальными, учитывающими особен­ности предприятий и отдельных отраслей в машиностроении. Для данного класса (группы, подгруппы или вида) деталей устанавли­вают так называемый обобщенный (характерный) маршрут обра­ботки. Этот перечень является упорядоченным и представляет собой множество существующих единичных маршрутов, имеющих типо­вые последовательность и содержание, причем на уровне предпри­ятия или отрасли они отражают передовой производственный опыт.

Необходимое условие включения единичных маршрутов в обоб­щенный — наличие области пересечения операций, например маршрутов Л/, и Mj как непустого множества М-,г\ Mj * 0.

184

Важной характеристикой (критерием оптимальности) форми­рования обобщенного маршрута является мощность пересечения множеств (М_тр) операций индивидуальных маршрутов: число одинаковых операций, входящих в это пересечение без учета от­ношения порядка элементов (операций) множества:

л

|Л/_ПСр| = C \ Mj (/' = 1, 2,..., п) -» max, 1=]

тогда мощность обобщенного маршрута должна стремиться к ми­нимуму:

л

М ' _у = \jMj (i = 1, 2,..., п ) -> min. i=i

Каждой операции обобщенного маршрута соответствует логи­ческая функция. Логическая функция зависит от условий, учиты­вающих геометрические особенности поверхностей, вид заготов­ки, требуемую точность обработки, качество поверхностного слоя детали, размер партии, габариты деталей.

В общем случае логическая функция выбора к-й операции

Л =

где А-, — условие назначения операций; / = 1, 2, ..., я, — число условий, связанных конъюнкцией; у = 1, 2, ..., п₂ — число усло­вий, связанных дизъюнкцией.

Тогда логическую функцию, определяющую обобщенный мар­шрут, можно представить в следующем виде:

где к- 1,2, ..., «з — число кодов Q. операций в обобщенном мар­шруте; код характеризует вид операции (токарные, фрезерные) и ее особенности (например, обработка в центрах, патроне, люнете). Синтез индивидуальных технологических маршрутов осуществ­ляется путем их вьщеления из обобщенного маршрута. Исходными данными для такого выделения являются условия Л^л, характер­ные для конкретной летали класса (группы). Обобщенный марш­рут содержит элементарные логические функции, соответствую­щие каждой операции:

|

л₂ ( л, V л А,

где к = 1,2, ..., «з — число операций в обобщенном маршруте.

185

Схема алгоритма решения данной задачи синтеза маршрутов представлена на рис. 5.13. Блок 1 вызывает обобщенный маршрут обработки деталей с кодами операций и логическими функциями f_k . Блок 2 осуществляет вызов условий Л^я, характерных для данной детали (например, особенности геометрии, точность, качество по­верхностного слоя, требования к контролю и др.). Блок 3 служит для вызова к-й операции обобщенного маршрута М*_у с логической функцией /_к. Если логическая операция .Д. = 1, то один из наборов логической функции f_k имеет вид

где JIj — /-и набор логической функции; / = I, ..., п, — число условий, связанных конъюнкцией; А, — условие назначения опе­раций; Л^А — условия, характерные для конкретной детали.

Г Начало )

Формирование кодов индивидуального маршрута

Вызоп обобщенного

маршрута М'_у с логическими

функциями /_к

I

Вызов условий Л\ характеризуюшихдеталь

Печать

маршрутной

карты

( Конец )

Рис. 5.13. Алгоритм синтеза маршрутов:

i —5 — блоки; My — обобщенная структура (обобщенный маршрут); /_к — логи­ческая функция выбора к операции; Л" — условия, характерные для рассматри­ваемой детали

186

Если J* = 0, то из блока 5 лается команда на вызов следующей операции обобщенного маршрута М*_у, и эта команда подастся до тех пор, пока не будут просмотрены вес операции Л/*.

Подсистемы на основе многоуровневого итерационного синтеза. Такие подсистемы основаны на опыте промышленности, знаниях технолога и экспертных оценках.

Автоматизация проектирования единичных технологических процессов относится к классу наиболее сложных задач. Для юс ре­шения используют методы синтеза технологических процессов, представляющие собой многоуровневый итерационный (пошаго­вый) процесс. Среди этих методов выделяют синтез на основе ти­повых проектных решений, на основе поиска оригинальных про­ектных решений, а также типовых и оригинальных решений. В дан­ном разделе рассмотрен ряд подходов к решению задачи проекти­рования единичных технологических процессов на основе метода синтеза ТП. В соответствии с выбором поверхности в качестве ба­зового структурного элемента детали общая функция технологи­ческого процесса получается путем членения на совокупность под­функций планов обработки отдельных поверхностей А = { fufi , —, /„}, описываемых следующими преобразованиями:

X':3,(6?)->^(Ef);

К:3„{г°_п)^П_п(Е^к_п),

где Л.),,..., A£ — планы обработки поверхностей детали; 3|(е?),..., ^я(^еп) — параметры обрабатываемых поверхностей в заготовке; /7,(е*),..., /7„(e*) — точностные параметры и физико-механиче­ские свойства поверхности детали по чертежу.

Тогда функциональные модели маршрутов обработки поверх­ностей детали примут вид:

3,(e?)M_Itf_l(ej)...Af_ltf_/(E»;

3 №) M_cn_n { z \)- M_qn_q {4),

где Mi ,..., М_с, ..., М,, ..., М_я — методы обработки поверхности детали. Граф Н = (С, \л) возможных вариантов маршрутов (рис. 5.14) содержит вершины С,-, в которые Moiyr входить несколько дуг ц_у-(вершина С^). Это означает, что два метода обработки характери­зуются одинаковыми точностными параметрами промежуточных состояний: от начального (индекс «О») до конечного (индекс «А:»). Любой путь на графе из Q, в C_ik будет одним из вариантов марш­рута (плана) обработки поверхности. Дуги графа характеризуют технологическое преобразование с помощью метода M_t объекта обработки из предшествующего состояния С_м в С, с более высо-

187

Рис. 5.14. Граф возможных вариантов маршрутов обработки поверхностей:

ц,, ц₂. И}. ••-. My. .«, IVi, Но — Дуги графа, характеризующие преобразование поверхно­сти! М)1. М12> •■-. Сц, Wt, •"• С*, •"» *Ъп ••■»

С„ — состояния поверхностей вершины, в которые мажет входить несколько дуг и;

кими значениями точностных параметров или физико-механичес­ких свойств.

Далее происходит синтез этапов ТП (укрупненных операций) и морфологической структуры — операций ТП с привязкой конк­ретного оборудования, приспособления и инструмента.

Возможна обратная последовательность проектирования от плана и последовательности обработки поверхности к проектированию перехода операции и маршрута изготовления детали. Рассмотрим подробнее основные этапы проектирования.

Исходной информацией являются общая характеристика детали и заготовки; описание геометрии и точности детали; технические требования.

 

/			J
	I	2	3	4	5
1	\^	с»	С.з	С|4	С,5
2			Cia	С24	С25
3				О*	С35
4					Се
5

Рис. 5.15. Граф сетевой модели об­работки поверхностей (о) и мат­рица сетевой модели (б) /—5 — состояния поверхности; 3 — заготовка; Д — деталь; Сц — затраты, связанные с изменением состояния поверхности

На первом этапе проекти­руются планы обработки поверх­ностей. Для достижения заданных чертежом размеров и техничес­ких требований все поверхности детали проходят несколько ста­дий обработки, т.е. происходит преобразование поверхности де­тали из состояния поверхности заготовки в состояние поверхно­сти готовой детали. В предполо­жении, что поверхность заготов­ки можно обработать только од­ним способом, решение задачи можно представить в виде сети на рис. 5.15. Цифрами 1—5 обо­значены разные состояния по­верхности (рис. 5.15, а), начи­ная от заготовки 3 и кончая по­верхностью готовой детали Д. Ду-

188

гами показаны возможные пути перехода из одного промежуточ­ного состояния поверхности в другое, а через Су — затраты, свя­занные с данными переходами.

Представим сетевую задачу ТП обработки поверхности в виде матрицы поверхности (рис. 5.15, б). В места пересечения соответ­ствующих строк и столбцов заносят величины стоимостей техно­логических переходов для однопроходной обработки из состояния заготовки в состояние обработанной поверхности. Для каждой от­дельной поверхности формируется совокупность матриц, характе­ризующих каждый метод обработки, применимый для данной по­верхности. Совокупность матриц для поверхности детали содержит все множество планов обработки данной поверхности.

Следующий (второй) этап проектирования — определение стадий обработки деталей. В результате выделения стадий проекти­руемый технологический процесс оказывается разделенным на от­дельные части. Результатом выполнения каждой стадии (за исклю­чением последней) является некоторое промежуточное состояние изготовляемой детали. Формирование стадий осуществляется на основе теории «наращивания точности», т.е. сначала необходимо достичь «одного уровня точности» основных поверхностей, затем проводить их повторную обработку, стремясь к следующему «уровню точности», и так до тех пор пока не будут обеспечены точностные требования чертежа детали.

Дальнейшее проектирование технологического процесса ведет­ся в пределах каждой стадии, т.е. определяется структура операции. Проектирование операции осуществляется в несколько этапов. Сначала из множества вариантов, описываемых графом пос­ледовательности обработки, выбирают те, которые обеспечивают получение точностных требований чертежа деталей. Затем для каж­дого из выбранных вариантов формируют все возможные структу­ры операций. И в заключение из множества структур операций выбирают те, которые соответствуют производственным условиям и обеспечивают наибольший экономический эффект.

Подсистемы проектирования на основе преобразования описания детали в описание технологического процесса. Для развития струк­турного синтеза предлагается способ организации проектирова­ния структур ТП путем поэтапного преобразования описания из­делия в описание технологического процесса изготовления этого изделия, которое можно представить как

5_Д: А -> 5тп,

где 5_Д — информационная модель структуры детали; А — алгоритм проектирования; S_m — информационная модель структуры ТП.

Данное преобразование осуществляется в несколько этапов. На первом этапе объект проектирования подвергается декомпозиции на элементы — обрабатываемые поверхности, которые классифи-

189

цируют с помощью эвристических правил по уровням конструк­тивно-технологической структуры детали. Предлагаемые уровни структуры детали определяют потенциальные возможности объе­динения поверхностей для их совместной обработки.

Множество поверхностей разбивается на ряд подмножеств — комплекты. В один комплект объединяются поверхности, которые могут быть выполнены при одном виде движения детали и одних технологических базах. Полученные подмножества разбиваются на группы-комплексы соответственно расположению по сторонам детали. В результате последующих операций классификации по форме, размерам поверхностей и взаимному расположению — на подгруппы-совокупности, комбинации и отдельные поверхности.

Конструктивно-технологическая структура детали представля­ет собой информационную модель структуры детали, по описа­нию которой можно восстановить чертеж детали с достаточной степенью достоверности.

По результатам проведенной классификации структуры детали можно представить в виде граф-дерева D = ( S , г), где S — вершины графа — элементы предполагаемых структурных уровней, а г — ребра графа — отношение порядка между уровнями типа «выпол­нить решение» (рис. 5.16).

В результате проведенных операций формируется исходная пред­полагаемая структура технологического процесса, содержащая всю необходимую и достаточную информацию для осуществления про­цесса отображения предполагаемой структуры на множестве про­ектных решений (рис. 5.17), которая служит объектом оптимиза­ции при проектировании реальной структуры технологического процесса, так как реальная последовательность обработки может отличаться от предполагаемой. Это отличие является функцией решений в процессе проектирования и может принимать формы концентрации и совмещения в пространстве и времени процессов получения отдельных поверхностей.

Отличительной чертой предполагаемого подхода является то, что объектом анализа для поиска и выбора проектных решений служат не деталь и не отдельные поверхности, а наборы поверх­ностей одного комплекса. Это позволяет сократить число возмож­ных сочетаний методов обработки для поверхностей одного на­бора, что, в свою очередь, сокращает число альтернативных ре­шений.

Другим отличием является способ организации информацион­ной базы единиц проектных решений. Единицы проектных реше­ний связаны не с деталью, а с отдельными поверхностями, из которых может быть синтезирована структура детали любой кон­фигурации. Типовыми элементами информационной структуры технологического процесса служат информационные единицы про­ектных решений:

190

Рис. 5.16. Пример определения конструктивно-технологической структу­ры детали:

а — эскиз детали; б — формирование структур последовательности обработки

детали Д; 1,9 — торцовые поверхности детали; 2, 10 — центровые гнезда; 3, 4,

6, 7, 8 — поверхности вращения детали; 5 — поперечное отверстие

на уровне переходов —i юмер и содержание перехода, обо­значение обрабатываемой поверхности, выдерживаемый размер;

на уровне операции — код, номер и наименование опера­ции, типоразмер, обозначение оборудования и др.;

на уровне маршрута обработки — наименование и обо­значение детали, материал заготовки и другие общие сведения о детали, заготовке и перечне операций.

Выбор проектных решений заключается в поиске допустимой области существования решений для всех поверхностей набора, выборе среди них альтернативных и оптимального решений по

191

д

Рис. 5.17. Синтез укрупненного маршрута обработки:

а — эскиз детали; б — конструктивно-технологическая структура детали Д; в — функциональная структура маршрута; г — морфологическая структура маршру­та; д — структура укрупненного маршрута изготовления детали; 1,7 — торцовые поверхности детали; 2, 3, 4, 5, 6 — поверхности вращения детали; 8, 10 — центровые гнезда; 9 — зубчатый профиль; Д, Зф, Зш, Т, Ц, Ш — операции соответственно доводочная, зубофрсзерная, зубошлифовальная, токарная, цен­тровальная, шлифовальная

192

критерию максимальной производительности при ограничениях на допустимый уровень себестоимости и в достижении заданного уровня точности.

Выбор единиц проектных решений осуществляется из таблиц нормативно-справочной информации в последовательности: по­иск единиц, характеризующих тип и типоразмер оборудования; специальных и нормализованных приспособлений; режущего и вспомогательного инструментов; методов обработки и содержания технологических переходов. При этом выбор оборудования пред­шествует выбору методов обработки, что дополнительно сокраща­ет число конкурентоспособных вариантов.

По мере выполнения процедур проектирования и выбора еди­ниц решений осуществляется направленное совершенствование структуры информационной модели технологического процесса. Этот процесс затрагивает последовательное уточнение операции и переходов технологического процесса во времени и расположения технологического оборудования цеха или производственного уча­стка (рис. 5.18).

Согласно рис. 5.18 последовательность операции в маршруте изготовления детали следующая:

10 — фрезерно-центровальная; 20 — токарная; 30 — химико-термическая; 40 — сверлильная; 50 — слесарная; 55 — контрольная; 60 — термическая; 70 — доводочная; 80 — шлифовальная; 85 — контрольная.

Синтез сложных решений осуществляется в соответствии с эв­ристическими правилами упорядочения проектных решений. На уровне операции упорядочение предусматривает три уровня при­нятия решений:

• формирование совокупности инструментальных переходов;

1 8 7 3 6 5 4

S 8

Цементация

Д= (2,1,8,7,3,6,5,4)

Закалка

Г

Рис. 5.18. Структурные преобразования маршрута изготовления детали:

а — эскиз детали Д; б — изменение структуры маршрута при включении опера­ций обработки; 1,7 — торцовые поверхности детали; 2, 8 — центровые гнезда;

3, 5, 6 — поверхности вращения; 4 — поперечное отверстие; о ^— возможные

технологические переходы обработки поверхностей детали

Ак .519

193

• поиск оптимальной последовательности выполнения перехо­дов при обработке детали на станке;

• окончательное формирование структуры операции с учетом возможных совмещений и концентрации переходов.

Последовательность окончательно сформированных структур I операций образует маршрут обработки, который уточняется по результатам выбора оснастки и инструментов в сторону миними­зации операции.

Проектирование завершается синтезом информационной мо­дели структуры технологического процесса, удовлетворяющей со­вокупности исходных ограничений и являющейся наилучшей с точки зрения выбранного критерия предпочтения. Полученная структура используется как базовая для параметрической оптими­зации.

Такой подход к проектированию структур процессов инвари­антен по отношению к объектам проектирования, что позволяет использовать его для проектирования как деталей типа тел враще­ния, так и корпусных деталей. При этом данный подход обеспечи­вает возможность проектирования также типовых и групповых структур при условии, что в качестве исходных данных будет опи­сание комплексной детали.

Подсистема проектирования на основе эвристического програм­ мирования. Проектирование ТП в первую очередь предполагает синтез его структуры. Структура ТП механической обработки — это частично упорядоченная последовательность технологичес­ких установов, обеспечивающая полную обработку данной дета­ли, т.е. порядок обработки поверхностей с указанием соответ­ствующих технологических баз. Частичная упорядоченность отра­жает то, что некоторые установы могут объединяться в одной технологической операции с учетом общности применяемого обо­рудования и схем базирования. В общем случае это синтез струк­туры ТП, определение состава его элементов (установов), техно­логических связей между ними (технологической топологии) и средств технической реализации (состав технологического обо­рудования).

На начальном этапе проектирования ТП изготовляемая деталь рассматривается как совокупность ее элементарных поверхностей (рис. 5.19). На основе анализа требований к точности и качеству получаемой поверхности детали назначаются планы обработки каж­дой поверхности, которая заменяется наборам поверхностей, от­ражающих разные стадии ее обработки. При этом в мысленном представлении технолога-проектировщика формируется образ не одной детали, а системы деталей, соответствующих разным стади­ям обработки детали в целом.

Для каждого этапа на основании анализа размерно-точност­ных взаимосвязей между конечными состояниями поверхностей

194

@ KQ     QZW )

Рис. 5.19. Структура чертежа детали:

1 —4 — обрабатываемые поверхности; заштрихованные участки

пуски

— при-

(для окончательного этапа обработки соответствующих поверх­ностям готовой детали) и их свойствами служить технологичес­кими базами определяется порядок обработки поверхностей де­тали. В итоге формируется упорядоченная последовательность тех­нологических установов. При этом исполЕ>зуются следующие эм­пирические правила: поверхности должны обрабатываться в пос­ледовательности, обратной степени их точности; поверхность должна быть обработана до ее использования в качестве техноло­гической базы и т. п.

В основе механизма выработки варианта проектного решения лежит отражение объекта производства в мышлении проектиров­щика. Порядок обработки поверхностей устанавливается в резуль­тате «проигрывания» различных действий в текущей (соответству­ющей конкретной стадии обработки детали) проектной ситуации и определения возможных будущих ситуаций.

На основании полученного порядка обработки поверхностей строится геометрическая схема технологического процесса и вы­полняется анализ соблюдения величин допусков на требуемые раз­меры с расчетом припусков на обработку (с проверкой соответ­ствия их величин выбранным методам обработки) и операцион­ных размеров. Выбирается технологическое оборудование. При удов­летворительных результатах анализа полученное проектное реше­ние принимается. В противном случае после корректировки исход­ной гипотезы, например путем введения дополнительной обра­ботки некоторых поверхностей, синтезируется новый вариант струк­туры. В заключение окончательно формируются технологические операции при объединении соответствующих установов.

Из изложенного ясно, что процесс создания технологом-про­ектировщиком варианта проектного решения состоит из последо-

7*

195

вательных действий по выдвижению взаимоисключающих альтер­натив, их оценке и собственно выбору. Задача решается одновре­менно на двух уровнях — выдвижения гипотезы решения задачи и подтверждения этой гипотезы. Синтез лучшего п заданном смысле варианта структуры или первого работоспособного варианта осу­ществляется метолом перебора. При этом перебор является не ком­бинаторным (не проверяются все возможные альтернативные ва­рианты), а направленным. Это достигается за счет использования как общих знаний «проблемной среды», так и «внутренней моде­ли» проблемной ситуации.

На основании информации, которая содержится в размерно-точностных отношениях, конструктивно-геометрических свойствах детали на разных стадиях ее обработки и в эвристических методах, технолог прослеживает в своем мышлении всю эволюцию детали в процессе ее обработки. Он отбрасывает заранее неприемлемые ва­рианты и тем самым сужает пространство поиска. При этом реше­ние находится за меньшее число шагов, чем потребовалось бы при полном переборе.

В основе эвристического программирования также лежит прин­цип сокращения области поиска по сравнению с алгоритмичес­кими методами. Результаты приведенного анализа интеллектуаль­ной деятельности технолога-проектировщика положены в осно­ву методики автоматизированного проектирования технологичес­ких процессов механической обработки, испопъчовянной при со­здании эвристической программы оптимального структурного синтеза.

Экспертные системы. В теории интеллектуальных систем синтез реализуется с помощью экспертных систем (ЭС)

ЭС = < БД , БЗ , И >,

где БД — база данных, включающая сведения о базовых элемен­тах; БЗ — база знаний, содержащая правила конструирования ва­риантов структуры; И — интерпретатор, устанавливающий после­довательность применения правил из БЗ.

Системы искусственного интеллекта включают знания, осно­ванные на представлении их в формах продукций, фреймов или семантических сетей.

Экспертные системы являются типовой системой искусствен­ного интеллекта, в которых БЗ содержит сведения, полученные от специалистов-технологов машиностроителей (для данной предмет­ной области). Популярность ЭС в САПР ТП объясняется тем, что синтез ТП выполняется на основе опыта и неформальных реко­мендаций, полученных от экспертов-технологов.

Эволюционные методы. Основанные на статистическом подходе к рассмотрению ситуаций и пошаговом приближении к искомому состоянию систем эволюционные методы (ЭМ) рекомендуются

196

для поиска предпочтительных решений. Частным случаем ЭМ яв­ляется метод генетических алгоритмов (ГА), основанный на поис­ке лучших решений с помощью исследования и усиления полез­ных свойств множества ТП при имитации их эволюции.

Для повышения уровня интеллектуализации автоматизирован­ного процесса синтеза технологических решений при высоких раз­мерностях решаемых задач оказалось полезным создание и исполь­зование ГА.

Применение ГА предопределяет отображение возможной струк­туры ТП в виде хромосомы (фрейма), состоящей из генов (полей). Каждый ген является аналогом операций в технологическом мар­шруте. При реализации генетических алгоритмов используют пред­варительно сформированные автоматизированные банки данных (БнД) конструкторской (КД) и технологической (ТД) докумен­тации (рис. 5.20).

При разработке ГА в применении к решению задачи создания структуры технологического процесса возникает проблема, свя­занная со спецификой этого класса задач. Необходимо предусмат­ривать построение алгоритмов модификации хромосом таким об­разом, чтобы отдельные операции и их элементы не повторялись в пределах одного маршрута обработки. Для преодоления этого огра­ничения при построении ГА использовался метод приоритетов, позволяющий исключить вероятность указанных повторений. Та­ким образом, конкретный вариант структуры ТП можно иредста-

Рис. 5.20. Схема формирования маршрута обработки деталей:

КД и ТД — банки данных конструкторской и технологической документации;

ТП — технологический процесс; М_у' — обобщенная структура (обобщенный

маршрут); M_t — индивидуальный маршрут

197

вить в виде хромосомы, каждый ген которой является аналогом одной операции.

При формировании структуры процесса обработки деталей ис­пользуют набор выработанных эвристических правил, позволяю­щий эффективно формировать конкретные структуры. Оценку эф­фективности проводят на основании расчета значения целевой функции и анализа полученных результатов. Реализация такого подхода осуществлялась, например, на основе алгоритма, пред­ставленного на рис. 5.21.

Использование в качестве одного из эвристических правил слу­чайного фактора при формировании одной из хромосом в популя­ции обуславливает возможность скачкообразного изменения теку­щего значения целевой функции, что, в свою очередь, может при­вести к существенному сокращению числа формирований популя­ций вариантов структуры технологического процесса.

Важными вопросами являются формирование исходной попу­ляции, селекция родительских хромосом, их рекомбинация (скре­щивание), формирование хромосом потомков, мутация, выработка

 

 

 

 

 

				( Начало )
				Ввод исходной информации
				i
				Формирование начальной популяции
			"*
			Оценка полученного решения согласно целевой функции
Формирование новой популяции		Нет	.^"Вариант^^^ <Г работоспособен?^
				|Да
				Вывод полученного результата
				С Конец J

Рис. 5.21. Алгоритм формирования работоспособного варианта с помо­щью эволюционного метода

198

принципа включения хромосом в новую популяцию, смена попу­ляций. В качестве целевой функции была выбрана функция, опи­сывающая себестоимость технологического процесса.

Суммарные потери времени на переналадку оборудования, при­ходящиеся на одну деталь, рассчитаем по формуле

Т R Л /

Z

.   _ * пер -" нал ' ^Y зап
^р ~~     N      '

где Т_пер = Яоп^пер/^— трудоемкость одной переналадки; п₀„ — число операций, требующих переналадки (по технологии); Г_пер, — сред­няя трудоемкость одной операции наладки; /?_нал — часовая ставка наладчика; Л^, — число запусков партии деталей в течение года; N — годовая программа выпуска, шт.

При синтезе структуры ТП на первом этапе каждая операция рассматривалась как отдельная, не привязанная к конкретному технологическому оборудованию.

Следует отметить, что при большом множестве возможных ва­риантов структуры ТП поиск оптимального варианта сводится к нахождению лучшего варианта, который лишь приближается к оптимальному.

В связи с этим особый интерес представляет скорость (динами­ка) нахождения текущего лучшего варианта структуры технологи­ческого процесса. При уменьшении скорости нахождения наилуч­шего варианта необходимо кардинальное изменение состояния популяции или отдельных се членов, что достигается путем реали­зации процесса мутации в процессе формирования очередной по­пуляции.

Особенностью формирования ГА для решения задач структур­ного синтеза технологических процессов являются способы вы­полнения операций мутации и формирования новой популяции. От правильности определения этих способов зависит возможность и скорость нахождения лучшего варианта ТП.

Для определения момента возникновения необходимости вы­полнения операции мутации следует отслеживать скорость нахож­дения текущего лучшего варианта. При отсутствии изменения те­кущего лучшего варианта от предыдущей популяции к последую­щей необходимо различать следующие три случая:

• изменения происходят с малой скоростью — в этом случае необходимы варьирование способов формирования очередной по­пуляции и выбор наиболее эффективного;

• изменения отсутствуют — в этом случае возможно достиже­ние лучшего варианта, близкого или даже эквивалентного опти­мальному;

• происходит устойчивое улучшение текущего лучшего вариан­та—в этом случае необходимо продолжить отработку выбранного способа формирования последующей популяции.

Проведенные исследования выявили также целесообразность параллельного ведения нескольких процессов рекомбинации и изъятия для скрещивания наиболее «перспективных хромосом» в момент предположительного начала процесса вырождения.

Одним из наиболее простых способов мутации является замена случайных чисел, входящих в состав генов, другими случайными числами. В более сложных случаях необходимо использование раз­личного рода эвристических приемов.

Разработка конкретных технологических маршрутов связана с выбором определенной последовательности операций. В общем слу­чае логическая функция выбора некоторой к-й операции имеет вид:

где Aj — условие, взятое из справочника условий для изготовле­ния конкретной детали по рабочему чертежу; / и j — текущие количественные характеристики логических условий соответствен­но конъюнкций и дизъюнкций; «_h n ₂ — предельные значения ко­личества логических функций соответственно конъюнкций и дизъ­юнкций.

При рассмотрении конкретного маршрута обработки необхо­димо решение следующей оптимизационной задачи:

minC(M) = £с(Л/,); F(0^)л F (0₂) л... л F (0 _N ) = True,

где С(М), C ( Mj ) — себестоимость маршрута и операции соответ­ственно; М и М° — множество операций, составляющих соответ­ственно выбранный маршрут и общее число операций; F (0 _t ), ..., F (0 _N ) — множество логических функций.

По полученным соотношениям проводилась оценка текущих формируемых вариантов на основе ГА. Формирование очередной популяции вариантов технологических маршрутов осуществлялось исходя из следующих выражений:

С(Л/,) = С(М,_ПГ;

С(М₂) = С(М_К2У-,

С(Л/„) = С(Л/^Г,

где К\, ..., KN — неповторяющиеся числа от 1 до N , расположен­ные в порядке, определенном следующими соотношениями:

С(м_К1у- < С(М_К2у~< ... < с(М_к„т.

200

Индекс «т-» в последних соотношениях показывает, что эти чначения получаются на предыдущем шаге формирования вариан­тов технологических маршрутов. Далее выбирались наиболее «пер­спективные» варианты, в качестве которых отбирались те, индекс которых лежал в пределах от I до N /2. Вариант с индексом 1 при­нимался в качестве базового и при формировании очередной по­пуляции не модифицировался.

Возможность построения сложных по своей структуре систем на основе подсистем из отдельных хромосом позволяет решать многокритериальные задачи структурного синтеза всего техноло­гического процесса в целом. Однако при этом существенно услож­няется вопрос рекомбинации получаемых хромосом.

При удачной стратегии эвристических решений становится воз­можным изменение принципов получения наилучшего варианта структуры технологического процесса на основе ГА. Здесь приме­няется поэтапная модификация эвристик, при которой на первых этапах процессы их формирования и моменты использования но­сят случайный характер, а на последующих этапах на основе ана­лиза и обобщения результатов их воздействия осуществляется си­стематизация и повторное использование лучших результатов. Та­кой подход можно рассматривать как получение положительного жизненного опыта развития хромосом.

Целью использования метода ГА явилось получение лучшего парианта технологического процесса по сравнению с базовым (раз­работанным с помощью системы САПР на основе экспертной системы и при участии заводского технолога). Как уже указыва­лось ранее, данный метод имеет тем более высокую эффектив­ность, чем большее число технологических операций использо-иано при производстве данного изделия (для рассматриваемого изделия число технологических операций составило 62). Вариан­ты оценивались по критерию себестоимости технологического процесса.

В результате проведенных расчетов при реализации програм­мы, использующей метод ГА на вычислительной машине типа PENTIUM-100, за 20 мин работы был достигнут результат, экви­валентный базовому ТП. При затратах времени 180 мин получен вариант процесса, имеющий выигрыш 5 % от стоимости базового ТП. Дальнейшее проведение расчетов показало существенное за­медление процесса достижения улучшенного технологического про­цесса, что, очевидно, является следствием получения варианта, достаточно близкого к оптимальному.

Наряду с положительным опытом формируется ветвь алгорит­ма анализа и обобщения отрицательного жизненного опыта раз­вития хромосомы в целях исключения в дальнейшем из процесса поиска лучшего варианта тех эвристик, использование которых приводит к отрицательным результатам.

201

5.5. Повышение интеллектуальности подсистем проектирования технологических процессов

Задачи повышения интеллектуальности проектирования технологических процессов

Одной из задач интеллектуальных систем автоматизированного проектирования является автоматизация проектирования и изго­товление конструкторско-технологической документации и соб­ственно изделия. Основой для создания таких САПР будет искус­ственный интеллект на базе эвристического программирования. Программа строится на базе принимаемых эвристик. Предпочти­тельны эвристики, под которыми понимается стратегия, правила, метод получения на обобщенном научном опыте предметной об­ласти и на научных основах технологии машиностроения.

Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкций машин, но и непрерывным со­вершенствованием технологии их производства. Важно качествен­но и в заданные плановые сроки изготовить машину с минималь­ными затратами материалов, энергии, живого и овеществленного труда. Одной из главных задач технологии машиностроения явля­ется изучение закономерностей протекания технологических про­цессов и выявление параметров, воздействуя на которые можно интенсифицировать производство и повысить качество выпускае­мых изделий. Знание этих закономерностей является важным усло­вием автоматизации проектирования технологических процессов, обеспечивающих сокращение сроков проектирования, облегчение труда технологов и получение оптимальных вариантов проектиру­емых технологических процессов.

Одним из таких достижений явилось появление и развитие идей типовых и групповых технологических процессов. Типизация уст­раняет многообразие технологических процессов получения оди­наковых или технологически подобных деталей и создает предпо­сылки для регламентации определенных, учитывающих передо­вой опыт науки и техники технологических процессов, т.е. типи­зация вносит унификацию в технологические процессы изготов­ления различных деталей.

В основе метода групповой обработки лежит классификация с выделением таких групп деталей, для обработки которых требуют­ся однотипное оборудование, общие приспособления и настройка станка.

Таким образом, при типизации технологических процессов пре­дусматривается создание детале-процессов, а при групповом ме­толе — летале-операций. Эти научные положения заложили осно­ву создания обобщенных структур ТП, операции, комплексных деталей и комплексных заготовок. Обобщенная структура форми-

202

руется с помощью модели эксперта по определенным правилам, а для выделения конкретной структуры из обобщенной использует­ся машина вывода, основанная также на эвристических правилах.

Разработанная проф. В. М. Кованом система классификации пла­нов обработки поверхностей положила начало развитию таблиц применяемости на структурном логическом уровне (табличных, сетевых и перестановочных).

В основе эвристического программирования также лежит прин­цип сокращения области поиска по сравнению с алгоритмичес­кими методами. Результаты приведенного анализа интеллектуаль­ной деятельности технолога-проектировщика положены в осно­ву методики автоматизированного проектирования технологичес­ких процессов механической обработки, использованной при со­здании эвристической программы оптимального структурного синтеза.

Формирование знаний в интеллектуальных САПР также бази­руется на научных положениях технологии машиностроения пу­тем представления знаний в виде моделей семантических, логи­ческих, фреймовых, продукционных и др., обладающих такими особенностями, как интерпретируемость, наличие классифици­рующих отношений, ситуативных связей.

Совершенствование интеллектуальных САПР во многом зави­сит от дальнейшего развития научных основ технологии машино­строения. Например, использования модульной технологии, где в качестве модулей применяют поверхности детали разного назна­чения — базирующие, рабочие и связующие. Это позволяет проек­тировать технологические процессы по совокупности с их осна­щением.