7. Діаметр осі розрахунковий є вхідний змінної, яка використовується в умові відбору інформації з бази даних, записаному в правому нижньому прямокутнику таблиці. Крім умови відбору там занесено імена бази даних і таблиці. Вся ця інформація генерується автоматизованим шляхом при створенні Міз. При цьому також вказується кількість відбираються з бази даних записів: одна або всі, відповідні умові. У першому випадку процес проектування йде автоматично, а в другому ¾ відібрана інформація виводиться на екран і інженер виробляє остаточний вибір рішення. При генерації Міз працюють з базами даних автоматизованих шляхом встановлюється відповідність імен полів таблиці з бази даних з іменами змінних модуля. Це дозволяє використовувати наявні бази даних у форматі DBF. Модуль: MR 1 Розробник: Євген Г. Б. Назва: Запис результатів проектування мотор - редуктора Найменування | Ім'я | Обмеження | Момент крутний на вих. валу, Нм Частота обертання на виході, об / хв Розташування вхідний і вихідний осей Марка електродвигуна Діаметр фланця габаритний, мм Діаметр центрів отворів фланця, мм Діаметр отворів фланця, мм Тип редуктора Передаточне відношення заданий | Mt nt РаспОс МарЕд Dfg Dcof Dof ТіпРед uz |
|
|
| База: MRbase Таблиця: MR Insert |
Ріс.6.12. Модуль запису результатів методу в базу даних Зміст таблиці зі стандартними розмірами осей гладких і з буртиком наведено в Таблиця. Якщо, наприклад, діаметр осі розрахунковий d r = 18.576 мм, то при одиничному відборі в результаті виконання Міз будуть отримані значення d = 20, c = 1.6. Крім вибору з інформації з баз даних є модулі запису результатів проектування в бази даних. Приклад такого модуля представлений на Рис .. Генерація подібних Міз здійснюється автоматизованим методом, аналогічним описаному вище, за винятком формування умови відбору даних. Модуль: M 8 Розробник: Євген Г. Б. Найменування: формування креслення Джерело інформації: Ануров В.І. Довідник конструктора, т.2, стор.7 Найменування | Ім'я | Обмеження | Тип осі Діаметр осі стандартний, мм Довжина осі стандартна, мм Ширина фаски, мм | TO d L c | вісь гладка (0, 50]
| Креслення деталі | AXLE | AXLES. Prt |
Ріс.6.13. Зовнішнє подання модуля - процедури геометричної (Обмеження - ім'я програми AXLES. Prt; Ім'я - найменування сегмента графічної бази) Геометричні і складні математичні обчислення не можуть бути представлені у формі Міз. Для використання математичних знань введені модулі з механізмами у вигляді програмних модулів. Приклад такого модуля наведений на ріс.6.13. Цей Міз призначений для генерації креслення спроектованої деталі. Аналогічним чином можуть генеруватися поверхневі і твердотільні моделі виробів, а також звернення до програмних засобів, створеним поза середовищем СПРУТ. Поняття агента і мультиагентної системи проектування В даний час в області штучного інтелекту (ШІ) відбуваються революційні перетворення. Джерелами цих перетворень служать: 1) розподілений штучний інтелект (рії) і 2) активний об'єктно-орієнтований підхід (АООП). Центральною ідеєю рії є кооперативне взаємодія розподілених інтелектуальних систем. Ці перетворення аналогічні і часто взаємопов'язані з тими, які відбулися в області баз даних з появою мережевих технологій. Вони базуються на класичних засадах ШI з додаванням нових ідей в частині розподілу даних і знань, децентралізованого управління та розподіленої обробки. Ці нові підходи іноді позначають терміном розподілені проблемно-орієнтовані вирішальні мережі. Причиною виникнення цих нових напрямів є великі труднощі, з якими пов'язане створення складних проблемно-орієнтованих систем. Новий підхід заснований на розгляді таких систем як сукупності автономних модулів більш-менш вільно взаємодіють один з одним у процесі вирішення проблеми, яка направляється системними обмеженнями. Ці системні обмеження визначають поведінку автономних модулів, що може бути охарактеризоване як кооперативне, спрямоване на вирішення поставленого завдання. Системи рії володіють не просто сумою властивостей своїх компонентів ¾ агентів, але являють собою ціле, яке більше ніж сума своїх частин. Підобласть рії є мультиагентні системи (МАС). Агент представляє собою подальший розвиток поняття об'єкт. Об'єкт ¾ це абстракція безлічі сутностей реального світу (примірників) або віртуальних істот, що мають одні і ті ж властивості і правила поведінки. Агент ¾ об'єкт, що виникає в середовищі, де він може виконувати певні дії, який здатний до сприйняття частини свого середовища, може спілкуватися з іншими агентами і володіє автономним поведінкою, що є наслідком його спостережень, знань і взаємодій з іншими агентами [1]. Як випливає з наведених визначень поняття об'єкт не пов'язано з наявністю середовища, яка відіграє суттєву роль у визначенні агента. Об'єкт, в принципі, не вимагає існування собі подібних, а агент не може бути один. Таким чином, агент ¾ це підклас об'єктів, що володіє усіма їхніми властивостями, але має також додаткові якості. З прагматичної точки зору агент ¾ це система, що забезпечує вирішення певної задачі і діюча у взаємозв'язку з мережею інших агентів для вирішення комплексної проблеми, яка не може бути отримано окремими агентами [2]. Агенти в мультиагентної мережі гетерогенні, тобто належать різним класам. З точки зору об'єктно-орієнтованого підходу (ООП) об'єкт являє собою комплекс з набору даних і процедур (функцій) у сукупності з інтерфейсом, здатним отримувати і посилати повідомлення. Об'єкти об'єднуються в класи, які можуть розглядатися як шаблони для даних і процедур, властивих всім елементам класу. Є механізм наслідування властивостей класу його елементами. Можна вважати [3], що сила ООП не стільки у введенні ідеї об'єкта, скільки в концепції класу. У зв'язку з цим ООП може розглядатися як нова парадигма проектування і генерації систем. У той же час взаємодія між об'єктами через обмін повідомленнями несуттєво для ООП. Оскільки об'єкти створюються з класів, які взаємопов'язані родовідових ієрархією, то в цій ієрархії є взаємозв'язок об'єктів. Однак поза цією ієрархії взаємодії не визначаються. У ООП розрізняють пасивні та активні об'єкти. Останні іноді називають суб'єктами. Вони постійно готові до прийому повідомлень і зайняті їх обробкою на основі знань, якими вони володіють. Активні об'єкти часто називають агентами. Однак поняття агент не зводиться до активного об'єкту. Мультиагентні системи є, як правило, істотно розподіленими: просторово - розподіленими і / або функціонально - розподіленими. Мультиагентні системи володіють у порівнянні з централізованими наступними перевагами [3]: скороченням термінів вирішення проблем за рахунок паралелізму, зменшенням обсягу переданих даних за рахунок передачі іншим агентам високорівневих часткових рішень, гнучкістю за рахунок використання агентів різної потужності, які забезпечують спільне динамічне рішення проблеми, надійністю за рахунок передачі вирішальних функцій від одних агентів, які не в змозі вирішити поставленого завдання, ¾ іншим.
Є такі аспекти аналізу кожного агента: до якого класу агент належить; яка архітектура агента; яким чином структурована і підтримується база знань агента; який механізм логічного висновку використовується в агента; якими властивостями адаптації і навчання агент володіє.
МАС може складатися із суто штучних агентів (програмних модулів) або включати також людини. У першому випадку ми маємо машинну, а в другому людино-машинну систему. Можливо наявність суперагентів, утворених з набору штучних агентів і діють в якості їх представника. Такий суперагент поводиться як звичайний агент з точки зору інших агентів як штучних, так і людини. З теоретичної точки зору агент повинен володіти різними властивостями, що забезпечують його автономію: здатністю сприйняття та інтерпретації даних, що надходять, здібностями приймати і виконувати рішення. Архітектура агента випливає з наведених вище визначень. Агент ¾ це об'єкт, а кожен об'єкт має властивості і правилами поведінки. Об'єкт являє собою основну категорію, використовувану для опису прикладної області (ПО) у формі моделей даних. При концептуальному (понятійному) моделюванні ПЗ використовується еквівалентна об'єкту категорія поняття. [5]. Поняття ¾ це основна одиниця будь-якої інтелектуальної діяльності, базова конструкція представлення знань. Поняття іменуються за допомогою слів або словосполучень природної мови, які відіграють роль знаків або імен. Знак ¾ це замінник деякого предмета, явища або події, що використовується для накопичення, зберігання, переробки і передачі інформації [5]. Основними характеристиками поняття є об'єм і зміст. Обсяг поняття ¾ це множина (клас) всіх об'єктів, що володіють істотними ознаками поняття. Зміст поняття ¾ сукупність усіх суттєвих ознак (властивостей) даного поняття, які дозволяють однозначно ідентифікувати розглядається поняття серед безлічі інших понять. Кожному поняттю, яке використовується для концептуального моделювання, приписується деякий унікальне ім'я або знак. З іншого боку кожен конкретний об'єкт, що входить до обсягу поняття також повинен мати унікальне ім'я або знак. Об'єкти, що становлять обсяг поняття, різняться за допомогою значень ознак (властивостей). У концептуальному моделюванні ознаки понять розділяють на три типи: диференціальні, характеристичні та валентні [5]. Диференційні ознаки використовуються як характеристики змісту поняття. Вони відповідають характеристикам об'єкта, які представлені описовими атрибутами. Характеристичні ¾ це ознаки, які дозволяють відрізнити об'єкти, пов'язані з обсягом одного і того самого поняття. Вони відповідають ідентифікатору і вказує атрибутів об'єкта. Валентні ознаки забезпечують зв'язок між різними поняттями і відповідають структурним змінним об'єкта, описуваних допоміжними атрибутами. Ріс.6.14. Архітектура агента Сукупність імен диференціальних, характеристичних і валентних ознак складають схему поняття (об'єкта), яка визначається як shm P. Таким чином, схему поняття P можна представити у вигляді трійки [5] shm P = <B, C, D>, (1) де B = {B j}, j = 1 ,..., q - безліч імен характеристичних ознак; C = {Ck}, k = 1 ,..., m - безліч валентних ознак; D = {Dl}, l = 1 ,..., n - безліч диференціальних ознак. При цьому B відповідає множині ключів реляційного відносини, що описує об'єкт, а безліч неключових атрибутів A = C È D. Тоді кожен об'єкт e, що належить обсягом поняття P, може бути представлений у вигляді безлічі пар ім'я - значення ознаки e = {(B j, b j), (C k, c k), (D l, d l)} Кожне поняття має свій концепт. Концепт простого поняття визначається його схемою. Концепт є носієм семантики поняття і становить те знання, яке виражається даним поняттям при концептуальному моделюванні ПЗ. Кожен агент відповідає деякому поняттю P і володіє схемою shm P. У число характеристичних ознак агента ходять вказує атрибут, який визначає унікальне ім'я агента, і ідентифікатор, що задає унікальне ім'я кожного конкретного агента, що входить до обсягу поняття (ріс.6.14). З іншого боку агент представляє собою особливу категорію об'єктів, яке здійснює перетворення середовища. Ця категорія носить назву об'єкт функції. Неключові атрибути A об'єкт-функцій діляться на два класи: вхідні A i і вихідні A o (Ріс.6.14). Перетворення вхідних атрибутів у вихідні здійснюється методом агента M, який визначає його поведінку. Таким чином, архітектура агента A g визначається парою A g = <shm P, M > (2) Метод агента може бути реалізований за допомогою традиційних технологій процедурного типу з використанням алгоритмічних мов. У такому випадку агент не може бути віднесений до числа інтелектуальних. Найбільш прогресивною технологією реалізації методу є використання баз знань продукційного типу. У цьому випадку метод являє собою систему, що складається з безлічі продукційних правил R, пов'язаних в семантичну мережу N, яка визначає структуру методу. M = < R, N > (3) Визначення вихідних атрибутів агента при його функціонуванні здійснюється за допомогою логічного висновку на цій мережі. Метод агента, функціонуючого у вирішальній мережі, складається з трьох підфункцій [5]: сприйняття, рішення і трансформування (рис.12). Подфункция сприйняття Per: E ® A i забезпечує відбір інформації з середовища та присвоєння значень вхідним атрибутам. Подфункция рішення Dec: Ai ® A o визначає значення вихідних змінних за значеннями вхідних. Подфункция трансформування Tran: Ao ® E ' змінює стан середовища (ріс.6.14). Рис. 13. Принципова схема мультиагентної системи З розглянутих вище агентів будуються колективні формування ¾ мультиагентні системи. МАС як і будь-яка система може бути представлена наступною шісткою: МАС = {Ind, Prp, Atr, Inp, Out, Str} Тут Ind ¾ найменування системи; Prp ¾ мети системи; Atr ¾ загальносистемні характеристики; Inp ¾ вхід системи; Out ¾ вихід системи; Str ¾ структура системи. Str = {E, R}, де E ¾ компонент системи, а R ¾ зв'язку компонентів . Онтологія інженерних знань Останнім часом в області робіт з штучного інтелекту (ШІ), включаючи інтелектуалізацію інформаційного пошуку і створення мультиагентних систем, що увагу привертають дослідження онтологій і онтологічних систем. Термін онтологія походить від давньогрецьких слів онтос - суще і логос - вчення. Спочатку термін онтологія був введений у філософську літературу для позначення вчення про буття, про суще на відміну від гносеології - вчення про пізнання. Предметом онтології було вивчення абстрактних філософських понять, таких як буття, субстанція, причина, дію, явище і т.п. У філософському плані онтологія представляє систему категорій, які є наслідком певного погляду на світ [1]. З точки зору проблем, пов'язаних з ІІ, онтологія - це експліцитно (явна) специфікація концептуалізації знань [1]. Формально онтологія складається з ієрархії понять, їх визначень і атрибутів, а також пов'язаних з ними аксіом і правил висновку. Під формальною моделлю онтології O розуміють впорядковану трійку виду O = <C, R, F>, де C - кінцеве безліч концептів (понять) предметної області, яку представляє онтологія O; R - кінцеве безліч відносин між концептами (поняттями) заданої предметної області (ПрО); F - кінцеве безліч функцій інтерпретації (аксіоматизації), заданих на концептах і / або відносинах онтології O [1]. Природними обмеженнями, що накладаються на безліч C, є кінцівку і непустоту. Що стосується множин R і F, то вони можуть бути порожніми, що відповідає приватним видами онтології, класифікація яких наведена в табл.1. Онтологія першого класу при R = Æ і F = Æ (табл.1) трансформується в простій словник. Онтології - словники корисні для специфікації, поповнення та підтримки словників ПрО. Такі словники не вводять явно сенсу термінів. У галузі технічних знань, в яких смисли понять добре узгоджені і багато в чому стандартизовані, такі онтології застосовуються на практиці. Іншими прикладами таких онтологій є індекси машин пошуку інформації в мережі Інтернет [1]. Таблиця 1 Класифікація моделей онтології інженерних знань Клас | Компоненти моделі | Формальне визначення моделі | Пояснення |
| R | F |
|
| 1 | R = Æ | F = Æ | O = <C ,{},{}> | Словник понять | 2 | R = Æ | F ¹ Æ | O = <C 1 È C 2, {}, F> | Пасивний словник | 3 | R = {is a} | F = Æ | O = <C, {is a },{}> | Таксономія понять | 4 | R = {part of} | F = Æ | O = <C, {part of },{}> | Мерономія понять | 5 | R = {is a, part of} | F = Æ | O = <C, {is a, part of },{}> | Метасистема понять |
У більш загальних випадках необхідно явно визначати зміст термінів словника з допомогою відповідної аксіоматизації F, метою застосування якої є виключення небажаних моделей і єдність інтерпретації для всіх користувачів. Онтологія другого класу відповідає непорожній безлічі функцій інтерпретації, тобто наявності аксіоматизації. У цьому випадку кожному поняттю з C може бути поставлена у відповідність функція інтерпретації f з F. Формально такі функції вводяться наступним чином [1]. Нехай C = C 1 È C 2, де C 1 - безліч інтерпретованих понять, а C 2 - безліч інтерпретує термінів. Тоді $ (Y Î C 1; x 1, x 2, ¼, x k Î C 2) такі, що y = f (x 1, x 2, ¼, x k), де f Î F. Введення в розгляд функції k аргументів покликане забезпечити більш повну інтерпретацію, Вид відображення f Î F визначає виразну потужність і практичну корисність цього виду онтології Якщо вважати, що функція інтерпретації f задається оператором присвоєння (C 1: = C 2), то онтологія трансформується в пасивний словник V p [1]. O = V p = <C 1 È C 2, {}, {: =}>. Такий словник пасивний, так як формується за допомогою декларативної функції присвоювання, яка не містить будь-яких процедур перетворень. Приклади функцій інтерпретації наведені в табл.2. Таблиця 2 Приклади функцій інтерпретації F | y Î C 1 | x 1, x 2, ¼, x k Î C 1 | f 1 | Виріб | Предмет або набір предметів, що підлягають виготовленню на підприємстві | f 2 | Комплекс | Два або більше специфікованих вироби, не з'єднаних на підприємстві-виробнику складальними операціями, але призначених для виконання взаємозалежних експлуатаційних функцій | f 3 | Комплект | Два або більше специфікованих вироби, не з'єднаних на підприємстві-виробнику складальними операціями і представляють собою набір виробів, що мають загальне експлуатаційне призначення допоміжного характеру | f 4 | Складальна одиниця | Виріб, складові частини якого підлягають з'єднанню між собою на підприємстві-виробнику складальними операціями | f 5 | Деталь | Виріб, виготовлений з однорідного за найменуванням і марці матеріалу без застосування складальних операцій |
У інженерній справі функції інтерпретації багато в чому стандартизовані або уніфіковані. Їх описи містяться в обширних термінологічних довідниках, що видаються видавництвом стандартів [2]. Онтології класу словників (R = Æ) корисні, але малопродуктивні для автоматизації інженерного проектування. Для створення інтелектуальних САПР необхідні семантичні мережі, в яких поняття зв'язуються один з одним різними відносинами. До числа основних відносин такого типу відноситься родовідових ставлення Є-Деякі або в англійській нотації "is a ". На базі родовідових відносин будуються узагальнення понять і різного роду класифікатори. Ієрархічна система понять, пов'язаних між собою ставленням is a (бути елементом класу) називається таксономічної структурою. Цією структурою відповідає спеціальний підклас онтологій, - проста таксономія (табл.1): O = T o = <C, {is a },{}>. Ставлення is a має фіксовану заздалегідь семантику і дозволяє організувати структуру понять онтології у вигляді дерева. Поняття, наведені в табл.2, пов'язані родовідових відносинами. Родовим є поняття «виріб». Різновиди його складають поняття «комплекс», «комплект», «збірна одиниця» і «деталь». Другим найважливішим класом відносин між поняттями є відношення типу ціле-частина, за допомогою якого здійснюється абстракція агрегації понять. У російській нотації це відношення позначається СКЛАДАЄТЬСЯ-ІЗ, а в англійській "part of ". За допомогою цього відношення складне поняття розкривається за допомогою його декомпозиції на складові компоненти. Ієрархічна система понять, пов'язаних між собою відношенням "part of "(« бути частиною ») називається мерономіческой структурою [3]. Цією структурою відповідає підклас онтологій - проста мерономія (табл.1) O = M o = <C, {part of}, {}> Поняття з табл.2 можуть бути пов'язані між собою не тільки родовідових відносинами, але й відносинами включення part of. При цьому відношення ціле-частина утворює наступну ієрархію: комплекс (комплект), складальна одиниця, деталь. На рис.1 наведена семантична мережа понять, пов'язаних обома типами відносин. При цьому використана графічна нотація, прийнята в стандарті IDEF 1 X. На цьому малюнку позначено наявність родовідових декомпозицій понять. Декомпозиції понять «складальна одиниця» і «деталь» по відношенню is a, не розкриті на малюнку, зафіксовані в класифікаторах ЕСКД. Рис.1. Семантична мережа виробів Наприклад, в табл.3 наведені приклади різновидів складальних одиниць відповідно до класифікатора ЄСКД. Як видно з прикладів функцій інтерпретації в табл.2, перетин множин C 1 і C 2 не є порожніми (C 1 Ç C 2 ¹ Æ). При визначенні поняття-різновиди завжди використовують родове поняття в сукупності з обмежуючими термінами. При цьому обмеження мають бути побудовані так, щоб виділені підкласи не перетиналися, тобто не мали спільних примірників. Таблиця 3 Класи складальних одиниць по ЕСКД N класу | Найменування класу | 06 | Обладнання гідромеханічних, теплових, масообмінних процесів | 28 | Оснащення технологічне. Інструмент ріжучий | 29 | Оснащення технологічне, крім інструменту ріжучого | 30 | Складальні одиниці загальномашинобудівні | 31 | Підшипники кочення | 38 | Двигуни (крім електричних) | 48 | Устаткування підйомно-транспортне й вантажно-розвантажувальне | 52 | Машини електричні обертові |
У зв'язку з необхідністю експліцитно (явної) специфікації процесів функціонування онтології прийнято розглядати онтологічні системи. Під формальною моделлю онтологічної системи S o розуміють [1] триплет види: S o = <O meta, {O d & f}, X inf>, де O meta - онтологія верхнього рівня (метаонтологій); {O d & f} = {O d} È {O f} - безліч предметних онтологій і онтологій завдань предметної області; X inf - модель машини виводу, асоційованої з онтологічної системою S o . У моделі S o є три онтологічні компоненти: метаонтологій; предметна онтологія; онтологія завдань.
Метаонотологія оперує загальними концептами та відносинами, які не залежать від конкретної предметної області. Метаонтологій повинна містити концепти і відносини, необхідні як для предметної онтології, так і для онтології задач. Останні в сукупності повинні забезпечувати побудову операциональной моделі M предметної області. На основі цієї моделі проводиться перетворення вихідних даних In, необхідних для автоматизованого проектування виробів і технологічних процесів їх виготовлення, у вихідні дані Out, що містять модель результатів інженерного проектування (рис.2). Рис.2. Операційна модель САПР в нотації IDEF 0 Операційна модель M являє собою сукупність концептуальної структури Sk, що відбиває понятійну структуру предметної області, і функціональної структури Sf, що моделює функції перетворення вхідних даних In у вихідні Out. Sk представляє собою синтаксичний аспект предметної онтології, що містить опис семантики понять, а Sf - синтаксичний аспект онтології завдань, що містить смисловий зміст цих завдань. M = (Sk, Sf) Sk виступає як пасивна компонента, що містить дані, а Sf - як активна компонента, перетворююча дані [1]. Метаонтологій як і інші види онтологій доцільно будувати на основі стандартів, причому бажано міжнародних. Компоненту метаонтології, пов'язану з описом концептуальної структури, доцільно будувати на базі стандарту IDEF 1 X, а компоненту метаонтології, пов'язану з функціональною структурою - на основі стандарту IDEF 0. При такому підході взаємозв'язок між компонентами онтологічної системи виглядає, як це представлено на рис.3. Предметна онтологія Sk містить поняття, що описують конкретну предметну область і відносини між ними. Кожне поняття має повне ім'я, утворене словом або словосполученням природної мови. В інформаційних технологіях прийнято крім повного привласнювати та коротке ім'я або ідентифікатор, що містить не більше 8 символів. Зміст поняття описується за допомогою його істотних властивостей (атрибутів). Властивості, як і поняття, мають повні і короткі імена, а також певний тип даних. Різні поняття не можуть мати однакового змісту. Що стосується зв'язків між поняттями, то в онтології інженерних знань досить використовувати відносини is a і part of, за допомогою яких формується понятійна метасистема. На рис.4 представлений екран інструментального кошти СПРУТ-технології, призначеного для опису предметної онтології. Формування імені та ідентифікатора поняття, а також його змісту виробляється в середній частині екрану за допомогою відповідних панелей редактора. На рис.4 наведено опис родового поняття «Деталь». Зміст цього поняття формують власні атрибути, властиві всім деталям (найменування, позначення, марка матеріалу, маса тощо). Рис.3 Структура онтологічної системи Родовидові відносини (is a) формуються за допомогою властивості, іменованого дискримінатором. У даному випадку це вид деталі. Підвиди приєднуються за допомогою правого вікна. У цьому вікні перераховані групові деталі: вал, вал-шестірня, втулка, колесо зубчате і т.п. Для завдання структури, яка визначається відношенням part of, використовується ліве верхнє вікно. У ньому перераховані комплексні конструкторсько-технологічні елементи, з яких може складатися деталь: отвори, елементи осесиметричні і призматичні. Крім того, за допомогою цього відносини з деталлю з'єднуються дані її заготівлі, покриттів і термообробки. Описується поняття може успадковувати властивості інших понять, розташованих вище за ієрархією part of. Це спадкування задається за допомогою лівого нижнього вікна екрану. Рис.4 Екран формування предметної онтології Онтологія завдань O f містить функції, за допомогою яких виробляється перетворення вхідних даних In операциональной моделі M у вихідні Out. Кожна функція, також як і поняття має повне і короткі імена. Повне ім'я відповідно до стандарту IDEF 0 формується у вигляді словосполучення, що складається з віддієслівного іменника, що описує дію, що виконується функцією (розрахунок, визначення, формування і т.п.), іменника, що вказує предмет, на який спрямована дія, і додаткових слів, містять опис обмежень. Коротке ім'я являє собою ідентифікатор. Подібно властивостями поняття кожна функція має набір вхідних, вихідних і керуючих (C) змінних (рис.2). В онтології інженерних знань досить використовувати змінні трьох типів: цілі та дійсні числа і, а також символьні змінні. Змінні мають повні і короткі імена. Рис.5 Екран формування онтології задач На рис.5 представлений екран інструментального кошти СПРУТ-технології, призначеного для формування онтології задач. Імена вхідних, вихідних і керуючих змінних вибираються із загального словника. Як неподільного елемента онтології задач в СПРУТ-технології прийнятий модуль інженерних знань (Міз), відповідний функціональному блоку стандарту IDEF 0 (рис.2). Як механізми (Mc) реалізації функцій у Міз можуть використовуватися формули (мал. 5), таблиці, вибір з баз даних, програмні модулі і т.п. На основі обраної сукупності Міз проводиться генерація методу. Кожне поняття пов'язується з певним методом, що представляє собою підсистему онтології задач. Така пара носить назву агент. Машина виведення X inf онтологічної системи інженерних знань спирається на мережеве подання агентів, що утворюють метасистему. Функціонування її пов'язане з двома процесами: структурним синтезом і синтезом параметричним. Структурний синтез забезпечує вибір і активізацію одного з різновидів понять у всіх родовідових відносинах. Параметричний синтез формує екземпляри обраних понять шляхом обчислення вихідних змінних за допомогою методу і прирівнюючи їх значення властивостям поняття. Практичне застосування інструментальних засобів СПРУТ-технологиії, розроблених відповідно до описаних теоретичними положеннями, показало їх істинність і високу ефективність. На основі цієї інформаційної технології були створені інтелектуальні системи автоматизованого конструювання (редуктори, електродвигуни) і проектування технологічних процесів (механообробка). При цьому в десятки разів у порівнянні з традиційними інформаційними технологіями була скорочена як трудомісткість створення спеціалізованих прикладних систем, так і трудомісткість проектування з їх допомогою. 7. Методи і програмні засоби автматізаціі конструювання Згідно з найбільш узагальненої моделі системи, моделі "чорного ящика", система автоматизованого конструювання виробів представляє собою засіб перетворення вхідної інформації у вихідну (рис.7.1). Процес розробки проекту виробу складається з двох основних етапів: етапу проектування, на якому виріб представляється як формальна система з оформленням відповідних схем і ескізної проектної документації, і власне конструювання з формуванням даних загальних видів і робочої документації. Вхідний інформацією цього процесу є дескриптивное опис проектованого об'єкта, яке зазвичай міститься у технічному завданні. Вихідна інформація відповідно з функціональним призначенням системи визначає конструктивне опис проектованого об'єкта, загальноприйнятою формою подання якого є проектна і конструкторська документація, а комп'ютерної формою ¾. Графічні моделі, текстові документи, реляційна і графічна бази даних. Сама система автоматизованого конструювання реалізує за допомогою технічних і програмних засобів обчислювальної техніки процес перетворення вхідної інформації у вихідну. Управляє процесом перетворення інформації ¾ користувач. Звідси випливає, що першими кроками системного аналізу даної проблемної ситуації є системологічного дослідження двох основних компонент: проектованих об'єктів і процесів проектування. Дослідження перших двох компонент відноситься до проблематики аналізу проектованих об'єктів і форм їх подання, а остання - до проблематики аналізу власне проектних дій. Методи автматізаціі конструювання Система автоматизованого конструювання, представлена в самому загальному вигляді на рис.7.1 описується такою формулою X u: I u ® O u (1) Таблиця 7.1 Методи автоматизації проектних робіт Метод автоматизації | Характер робіт | Опис проектних робіт | Вхідні дані I u |
| Вихідні дані O u | Інформаційно-пошукові системи | Стереотипні пошукові дії | Одноваріантного пошук готового рішення O j u по одноваріантного вихідним даним I j u з використанням оператора X j u | 1.I w + O w задані вхідні і вихідні дані вироби або процесу 2.O w вихідні дані 3.I w вхідні дані | 1.X w характеристика виробу або процесу 2. I w + X w вхідні дані і характеристики 3. O w + X w вихідні дані і характеристики |
|
| Те ж, але з використанням багатоваріантного пошуку |
|
| Типове варіантне проектування | Стереотипні проектні дії | Отримання проектного рішення O j u за вихідними даними I j u відомими способами X r u на базі відомих рішень | I w + O w задані вхідні і вихідні дані проектованого виробу або процесу | X w характеристика виробу або процесу |
|
| Те ж, але з використанням багатоваріантного проектування |
|
|
|
| Те ж, але з використанням багатоваріантних вихідних даних I r u |
|
| Пошук методів проектування | Пошукові дії | Пошук нових входів і виходів для відомого проектного рішення, отриманого відомими способами на одноваріантного вихідним даним | X w задані характеристики проектного рішення | I w + O w вхідні і вихідні дані |
|
| Те ж, але з використанням багатоваріантних вихідних даних |
|
|
|
| Синтез нових проектних рішень з використанням відомих способів |
|
| Пошук методів проектування | Пошукові дії | Створення нових способів проектування X p u | I w + O w + X w інформація про об'єкти проектування | X p u нові способи проектування |
Об'єкт проектування, розглянутий також як чорний ящик, може мати таке формалізоване представлення S m: I w ® O w (2) Тут S m технічний об'єкт як система, I w ¾ вхідний операнд реалізованого цією системою технічного процесу, а O w ¾ вихідний операнд технічного процесу. Для складових проектних дій X u, I u, O u введемо загальне позначення Z [4]: Z r ¾ використання одного з багатьох відомих рішень; Z j ¾ використання єдиного відомого рішення; Z p ¾ використання нового рішення. У табл.7.1 представлено результати системного аналізу методів автоматизації проектних робіт. Перша група методів відноситься до класу проектування за аналогами з пошуком їх і наступним редагуванням для випуску робочої документації. I j u O j u X j u ¾ метод, заснований на відборі готової інформації O j u (проектної, конструкторської або технологічної) за заданими вихідними даними I j u, визначальним критерії відбору. Метод грунтується на стереотипних інформаційно-пошукових операторах X j u, допустимих у використовуваній інформаційно-пошуковій системі. I j u O r u X j u ¾ метод, аналогічний попередньому, але забезпечує інформаційний пошук одночасно декількох варіантів вихідний інформації O r u, задовольняють критеріям відбору I j u. Наступна група методів автоматизації проектування належить до класу типового варіантного проектування. Вона базується на використанні різних операторів проектування X r u, заснованих на наборі евристичних методів, логічних або математичних алгоритмів, описаних в літературі або на власній або колективної практиці [4] і закладених в базу знань системи автоматизованого проектування: I j u O j u X r u ¾ метод, де вхідною інформацією є дані I j u, містять однозначне опис вхідних та вихідних даних проектованого виробу або процесу. З використанням відомих методів проектування X r u в проект O j u закладаються відомі технічні рішення. I j u O r u X r u ¾ метод типового варіантного проектування з отриманням декількох альтернативних проектних рішень для вибору з них найкращого. I r u O r u X r u ¾ метод типового проектування, аналогічний попередньому, але з варіюванням вихідних даних. Наступні дві групи методів представляють творчі дії з задумами [4]. Вони спрямовані на пошук того, що ще не відомо. I j u O p u X r u ¾ метод пошукового проектування з використанням відомих способів X r u. Метод спрямований на пошук нових входів і виходів O p u для відомого технічного засобу або технологічного процесу, інформація про яку міститься у I j u. Відповідає винаходу на застосування. I r u O p u X r u ¾ метод пошукового проектування, аналогічний попередньому, але з варіюванням вихідних даних. I p u O p u X r u ¾ метод пошукового проектування, спрямований на синтез принципово нових проектних рішень (спосіб, пристрій) з використанням існуючого проектно-конструкторського або проектно-технологічного потенціалу. Відноситься до апарату винахідницьких дій. Останній метод I u O u X p u відноситься до галузі дослідження нових методів проектування X p u. Програмні засоби автоматизації конструювання Розробка інтелектуальних систем типового варіантного проектування пов'язана зі створенням банку знань. Функціональна схема цього процесу представлена на рис.7.2. Рис.7.2. Функціональна схема розробки банку знань Розробка банку знань включає наступні етапи: Формування концептуальної моделі прикладної області та генерація логічної і фізичної структур бази даних Заповнення бази даних стандартних і покупних виробів Формування геометричної і графічної баз знань Формування бази експертних знань і генерація методів агентів Генерація мультиагентної метасістеми
Формування концептуальної моделі прикладної області пов'язане з розробкою системи понять і формуванням на цій основі структурованої системи даних у формі І / АБО графа. Вершинами цього графа є поняття. Поняття зв'язуються один з одним відносинами «ціле-частина», які моделюються дугами типу І, а також відносинами «рід-вид», які моделюються дугами типу АБО. Поняття ¾ це основна одиниця будь-якої інтелектуальної діяльності, базова конструкція представлення знань. Поняття іменують за допомогою слів або словосполучень природної мови, які відіграють роль знаків, або імен. Знак ¾ це замінник деякого предмета, явища або події, що використовується для накопичення, зберігання, переробки і передачі інформації. Поняття може ставитися до безлічі однотипних об'єктів або до конкретного одиничного об'єкту. Основними характеристиками поняття є об'єм і зміст. Обсяг поняття ¾ це множина (клас) всіх об'єктів, що володіють істотними ознаками поняття. Зміст поняття ¾ сукупність усіх суттєвих ознак (властивостей) даного поняття, які дозволяють однозначно ідентифікувати його серед багатьох інших понять. Будь-яке системне опис ПО складається з елементів і зв'язків. При концептуальному моделюванні в якості елементів виступають поняття, а в якості зв'язків ¾ відносини понять. Кожному поняттю при концептуальному моделюванні, приписують деякий унікальне ім'я, чи знак. З іншого боку, кожний конкретний об'єкт, що входить до обсягу поняття, також повинен мати унікальне ім'я, чи знак. Об'єкти, що становлять обсяг поняття, розрізняють за допомогою значень ознак (властивостей). У концептуальному моделюванні ознаки понять ділять на три типи: диференціальні, характеристичні та валентні. Диференційні ознаки використовують як характеристики змісту поняття. Вони відповідають власним характеристикам об'єкта, які представлені описовими атрибутами. Характеристичні ¾ це ознаки, які дозволяють відрізнити об'єкти, пов'язані з обсягом одного і того самого поняття. Вони відповідають ідентифікатору і вказує атрибутів об'єкта. Валентні ознаки забезпечують зв'язок між різними поняттями і відповідають структурним змінним об'єкта, описуваних допоміжними атрибутами. Перша дія технології спрямоване на розробку проекту метасістеми, яка охоплює всі безліч виробів, що підлягають розробці з допомогою багатоагентної САПР. Розробка метасістеми проводиться за допомогою функціонально-структурного аналізу прикладної області. При виконанні цього аналізу використовується комбінований метод, заснований на стандартах IDEF 0 і IDEF 1 X з відповідною нотацією. На Рис.7.3 показано фрагмент діаграми метасістеми електродвигунів. Функціональне призначення електродвигуна залежить від перетворення енергії електричної в механічну енергію обертання. При цьому виникають супутні втрати у вигляді теплової та акустичної енергії. Електродвигун є механізмом реалізації цієї функції. Є декілька варіантів перетворення енергії: за допомогою електродвигунів синхронних, асинхронних та постійного струму. Кожен з цих варіантів має свій фізичний принцип дії. На Рис.7.3 показано функціональну декомпозиція асинхронних електродвигунів. Кожна подфункция має свій механізм реалізації. Наприклад, передача механічної енергії виробляється з допомогою вала, встановленого в станині за допомогою підшипникових вузлів. У свою чергу кожен з конструктивних вузлів може мати кілька варіантів виконання і складатися з різних наборів конструктивних частин. Декомпозиція метамоделі вироби доводиться до елементів форми деталей, до яких прив'язані знання з проектування технологічних процесів. У результаті функціонально-структурного аналізу формується ієрархічний І / АБО граф, який об'єднує всі вихідні системи, необхідні для побудови комплексної багатоагентної САПР. Параметри стандартних виробів таких, як підшипники, болти і т.п., належних зберігатися в базі даних. Там же зберігається і архів спроектованих раніше виробів. Рис. 7.3. Метасистема електродвигунів Наступною операцією CASE-технології створення многоагентних САПР є розробка об'єктної метамоделі даних. Методичною основою для виконання цієї операції служить об'єктно-орієнтований підхід (ООП) до проектування програмних засобів. Як інструментальний засіб використовується підсистема Sprut X. Суть цієї операції полягає в генерації на основі розробленого раніше проекту метамоделі вироби концептуальної та фізичної моделей об'єктно-орієнтованої бази даних. Генерація проводиться в інтерактивному режимі з використанням класичної нотації подання ієрархічних систем. В якості елементів при побудові метамоделі даних використовуються класи об'єктів. Ієрархія об'єктів по відношенню "ціле-частина" визначається конструктивною входимость у виріб представляються ними вузлів і деталей. На ріс.7.4 вузлами першого рівня входимость є ротор, щит підшипниковий і статор. У свою чергу ротор складається з подсборкі ротор без валу і деталей вал і вантаж балансування. На ріс.7.4 наведена також декомпозиція валу на функціональні конструкторські елементи: робочі кінці, підшипникові щаблі й т.п. Відносини "ціле-частина" визначає зв'язки між класами об'єктів типу І. У таких зв'язках параметр "група" має значення 0. На ріс.7.4 показано, що вал є частиною ротора. Якщо значення параметра "група" відмінно від 0, то це означає родовідових зв'язок між класами об'єктів типу АБО. Наприклад, вал може мати різні виконання своїх робочих кінців. Після розробки ієрархічної структури об'єктної моделі даних, а часто і паралельно з нею проводиться формування властивостей об'єктів і їх взаємозв'язків (ріс.7.5). Набір властивостей повинен бути необхідним і достатнім для вирішення всіх конструкторських, технологічних і управлінських завдань виробництва виробів даного класу. На ріс.7.5 видно, що до числа цих властивостей входять: позначення, маса, марка матеріалу деталі, шорсткість "інше", види конструктивних виконань елементів деталі, розміри з вказівками точності їх виготовлення і т.п. Властивості можуть успадковуватися по ієрархії об'єктів. Наприклад, на ріс.7.5 в правому вікні показано, що властивість "наявність різьблення в отворі центровому" (Shen _ th), що належить валу (Val), передається в об'єкт, що представляє його робочий кінець лівий (RKValLv), а від туди у дві різновиди виконання цього робочого кінця з гладким центровим отвором (RKLOFGC) і з різьбовим центровим отвором (RKLOFRC). Передбачена також можливість передавати властивості об'єктів, не супідрядних за ієрархією. Це необхідно для узгодження посадочних розмірів деталей, що належать різним вузлам. У підсумку, крім ієрархічного графа об'єктів, генерується граф зв'язку властивостей. Кожна властивість має тип і статус. Є можливість використовувати властивості трьох типів: дійсне число (real), ціле число (integer) і рядкова змінна (string). За своїм статусом властивість може бути внутрішнім (internal), що імпортуються (import) і експортуються (export). Побудована метамодель даних визначає інтерфейсну частину всіх вхідних в неї класів об'єктів. Крім інтерфейсної частини, яка в процесі проектування дозволяє фіксувати стан, кожен об'єкт має певну поведінку, обумовлений його методом. Методи будуються на основі баз знань, які належать до класу породжують систем. Твірні системи діляться на два підрівня ієрархії знань: математичний і експертний. До числа математичних відносяться геометричні знання. Заповнення баз даних ведеться традиційними методами. Формування геометричної і графічної баз знань у СПРУТ-технології проводиться за допомогою системи Sprut - SCAD (ріс.7.6). Ця система являє собою графічний редактор, що забезпечує генерацію текстового опису формованого геометричного об'єкта на відповідній мові. Між графічним і текстовим описами існує взаємно однозначна відповідність. Графічна модель може бути параметризовані за допомогою редагування текстового опису з заміною фактичних параметрів на формальні. У результаті автоматично генерується підпрограма, що представляє собою елемент геометричній бази знань, що дозволяє автоматично генерувати креслення деталей і складальних одиниць, сформованих з фрагментів, склад і властивості яких визначаються експертної базою знань у процесі структурного і параметричного синтезу вироби. Ріс.7.6. Екран системи Sprut - CAD для формування геометричній бази знань Формування бази експертних знань і генерація методів агентів в СПРУТ-технології виконується за допомогою системи. Фундаментом для розробки експертної бази знань є загальний словник, з використанням якого розробляються модулі інженерних знань (Міз), формують базу знань. Загалом словнику перераховуються всі властивості, які використовуються в базі знань. Кожна властивість, що входить до словника характеризується наступними параметрами: унікальним ім'ям (8 символів). Ім'я властивості повинна бути унікальною в межах словника БЗ. повним змістовим найменуванням (65 символів), типом значення:
INTEGER - ціле число від -32767 до +32767; REAL - речовий (дійсне число) від 2.9 * 10 -39 до 1.7 * жовтня 1938 STRING - строкове значення. Якщо властивість має тип значення STRING, до імені властивості додається символ «$», наприклад test $ асоціативним списком значень, при необхідності,
Наявність асоціативного списку значень у властивості означає, що при введенні, значення цієї властивості змінюється дискретно, по асоціативному списком значень Робота із загальним Словником БЗ Доступ до екрану «Загальний Словник Бази Знань» здійснюється після натискання на кнопку «Словник» на «Основний Панелі» системи Додавання нової властивості Додавання нової властивості до словника здійснюється після натискання кнопки «Додати». Після цього в кінець списку словника буде додана нова рядок, і активовано поле введення імені властивості. При завершенні введення, ім'я нової властивості перевіряється на унікальність. Якщо властивість з таким ім'ям вже присутня в словнику, то видається попередження і необхідно відредагувати ім'я властивості, так щоб воно стало унікальним. Якщо ім'я властивості закінчується символом «$», тип значення властивості буде автоматичні присвоєний STRING. Потім необхідно відредагувати найменування властивості, і, при необхідності, змінити тип значень і призначити асоціативний список значень для цієї властивості. Редагування параметрів властивості Щоб відредагувати параметри властивості, необхідно вибрати редагується властивість у списку і натиснути ліву кнопку миші на змінюваному параметрі. На місці параметра з'явиться поле введення або список вибору, в якому необхідно змінити значення параметра. Призначення властивості асоціативного списку значень Щоб призначити властивості асоціативний список значень необхідно вибрати властивості в списку, вибрати стовпець «Асс. Список », активувати список вибору натисканням лівої кнопки миші на курсор і вибрати один з доступних асоціативних списків. Властивості може бути призначений асоціативний список тільки з таким же типом значень, як і в самого властивості. Щоб прибрати призначення властивості асоціативного списку, необхідно вибрати перший пустий рядок в активному списку вибору. Видалення властивості Видалення властивості зі словника здійснюється після натискання на кнопку «Видалити». Якщо кнопка «Видалити» заблокована - отже це властивість використовується в словниках Міз. Щоб видалити таку властивість його спочатку необхідно видалити зі словників Міз, в яких воно використовується. Після цього кнопка «Видалити» буде розблокована і властивість можна буде видалити із загального словника БЗ Робота з екраном «МІЗи Бази Знань» Доступ до екрану «МІЗи Бази Знань», здійснюється після натискання на кнопку «Модулі» на «Основний Панелі» системи. Ріс.7.7. Екран системи Sprut-ExPro для роботи з модулями інженерних знань Функції створення, редагування параметрів і видалення Міз аналогічні функціям по роботі зі Словником БЗ і описані в розділі «Робота з екраном« Словник БЗ » Призначення типу механізму Міз При створенні нового Міз за замовчуванням тип механізму призначається таким же, як попередній створюваний або редагований модуль. При необхідності тип модуля може бути змінений. На екрані «МІЗи Бази Знань» розташовані: Кнопка «Механізм». При натисканні на кнопку «Механізм» здійснюється перехід до екранів створення і редагування механізму обраного Мізза Кнопка «Моделювання». При натисканні на кнопку «Моделювання» здійснюється перехід до екрану моделювання роботи відтранслювати Мізан. Якщо модуль не був відтранслювати або містив помилки при трансляції кнопка «Моделювання» буде заблокована.
Передумови запуску Міз задаються у вигляді списку обмежень на значення вхідних і умовних властивостей, при яких справедливо застосування даного Міз. Обмеження на значення властивості може бути задано у вигляді інтервалу допустимих значень: [0,100], (-20,20) перерахуванням допустимих значень через кому: 10,12,14,
Якщо властивості призначений асоціативний список, то допустимі значення вказуються в активному списку вибору. Проти допустимих значень виставляється значок «ü». Після завершення вводу, обмеження перевіряється на коректність і в разі відсутності помилок у стовпець «ф» виставляється значок «ü». Обмеження на значення декількох властивостей об'єднується між собою по логічної операції «І» Залежно від типу, механізм Міз описується різними способами за допомогою різних екранів. Міз: Формули Для опису механізму використовується текстовий редактор, в якому описуються формули перетворення вхідних властивостей у вихідні. Ріс.7.8. Екран системи Sprut-ExPro для введення формул При написанні формул використовуються імена властивостей. У редагований текст можна вставити імена властивостей, функцій і операцій. Щоб вставити в текст ім'я властивості необхідно встановити в текстовому редакторі курсор в позицію, в яку потрібно вставити ім'я властивості і вибрати цю властивість в списку вибору властивостей. У списках вибору доступні операції швидкого пошуку. Порядок сортування властивостей у списках відповідає порядку їх сортування в словнику. Наповнення цього списку визначається режимом «Вибір властивостей» задається в словнику Міз. Вставка функції та операції в редагований текст виконується аналогічно. У редакторі доступні операції роботи з кишенею: Ctrl + Ins - скопіювати виділений фрагмент у кишеню; Shift + Ins - вставити текст з кишені. Після завершення редагування тексту формул Міз необхідно відтранслювати, натиснувши на кнопку «Транслювати». При трансляції система автоматично виділяє з тексту формул вхідні і вихідні властивості і формує словник Міз. Якщо властивість із знайденим ідентифікатором не було описано в словнику БЗ, воно буде автоматично додано і в словник Міз і в словник Бази Знань. Відредагувати найменування доданого властивості можна буде в словнику БЗ. Таким чином, словник Бази Знань буде автоматично наповнюватися у міру створення нових Міз. Якщо в процесі трансляції виявляться синтаксичні помилки в тексті формул - їх список буде представлений у вікні «Помилки». Якщо трансляція модуля піде успішно, кнопка «Моделювати» буде розблокована і можна буде промоделювати роботу Мізан. Міз: Таблиця Для опису механізму типу таблиця використовується спеціалізований редактор таблиць. Редактор складається з двох вікон: Шапка таблиці Боковик таблиці Результати Ріс.7.9. Екран системи Sprut-ExPro для формування структури таблиці Ріс.7.10. Екран системи Sprut-ExPro для заповнення таблиці Щоб створити нову таблицю необхідно в словнику багатовхідних таблиці вказати, які властивості входять в шапку таблиці, які властивості - у боковик таблиці і значення яких властивостей будуть вибиратися з таблиці. Додавання властивості у відповідний список здійснюється натисканням кнопки «Додати» у відповідному списку. При цьому в редакторі таблиць буде автоматично побудована заготівля майбутньої таблиці. Тепер її необхідно заповнити. Редагування і заповнення таблиці здійснюється у вікні «багатовхідних Таблиця". Осередки шапки і боковика таблиці намальовані жовтим кольором. Осередки результатів - білим кольором. У комірки результатів таблиці вводяться повернені значення властивостей списку результатів. У комірки шапки і боковика таблиці вводяться умови, за якими вибираються повернені значення. Умови вибору формуються аналогічно передумовою запуску Міз. Щоб заповнити клітинку таблиці, необхідно вибрати курсором миші в графічному вікні редаговану клітинку та натиснути ліву клавішу миші. Вміст комірки буде доступно в рядку «Значення». Після завершення введення таблиця буде перебудована. Для додавання рядків і стовпців у таблицю необхідно натиснути кнопку «Розділити» і вибрати умови в шапці чи боковику таблиці, яке необхідно розділити. Завершення режиму розподілу умов здійснюється при натисканні на праву кнопку миші або кнопу Esc. Видалення умов проводиться аналогічно після натискання на кнопку «видалити». При цьому віддаляються всі подусловія і значення результатів цього умови. Кнопки керування графічним вікном розташовані вгорі ліворуч екрану. Збільшити фрагмент таблиці можна також натиснувши ліву кнопку миші на вікні, не відпускаючи ліву кнопку виділити цікавить фрагмент. Міз: PRT-модуль. Для підключення до бази знань програм мовою СПРУТ використовується Міз типу «PRT-модуль». Ріс.7.11. Екран системи Sprut-ExPro для узгодження змінних Міз і механізму-підпрограми Модуль повинен бути оформлений у вигляді підпрограми зі списком передаваних змінних. Вибір модуля відбувається по натисненню на кнопку «...». Після цього відкривається вікно «Вибір файлу», в якому необхідно вибрати модуль і натиснути кнопку «вибрати». За замовчуванням у вікні «Вибір файлів» відкривається каталог ресурсів. Після цього буде заповнений список переданих параметрів. Кожному переданому параметру необхідно поставити у відповідність властивість Бази Знань або константу. Якщо передається параметр відповідає константі - у стовпець з найменування властивості необхідно ввести значення цієї константи. Якщо передається параметр відповідає властивості - необхідно вибрати вхідними або вихідним є цей параметр і властивість Бази Знань, з якого буде лічено значення, якщо параметр вхідний, чи в який буде підставлено значення цього переданого параметра, якщо він є вихідним. Переключення відповідності переданого параметра між константою і властивістю Бази Знань здійснюється перемикачем. МІЗи роботи з Базою Даних Для використання в Базі Знань баз даних використовуються механізми роботи з БД. Міз: Вибір з Бази Даних За допомогою цього механізму Міз формується запит до таблиці бази даних і забезпечується доступ до даних у цій таблиці. Ріс.7.12. Екран системи Sprut-ExPro для формування вибору з бази даних Створення і заповнення даними БД здійснюється за допомогою «Адміністратора БД» СПРУТ (sdbm. Exe), розташованого в каталозі системи СПРУТ. Вибір використовуваної БД здійснюється після натискання кнопки «...». Після цього відкривається вікно «Вибір файлу», в якому в списку файлів необхідно вибрати ваше БД і натиснути кнопку «вибрати». Потім у списку вибору «Таблиця» необхідно вибрати таблицю, з якої будуть вибиратися дані. Переглянути дані, що знаходяться в таблиці, можна натисканням на кнопку «перегляд». Ріс.7.13. Екран системи Sprut-ExPro для перегляду бази даних Далі необхідно встановити відповідність між полем таблиці БД і властивістю БЗ. Для цього натиснути на кнопку «Додати» і вибрати властивість БЗ і відповідне йому поле таблиці. Видалення відповідності здійснюється після натискання на кнопку «Видалити». При необхідності можна змінити поле таблиці або властивість БЗ на інше, вказавши потрібне в списку вибору. Поле таблиці має збігатися за типом даних з властивістю Бази Знань. На таблицю БД можна бути накладено запит: набір умов, яким повинні задовольняти шукані запису в таблиці. Таким чином, з таблиці можна виділити підтаблицю, що складається з декількох записів базової таблиці, або єдиний запис. Формування умов проводиться у списку «Запит до таблиці». Щоб сформувати запит до таблиці, необхідно натиснути кнопку «Додати», вибрати ім'я поля, операцію порівняння, і властивість Бази Знань, зі значенням якого буде порівнюватися значення поля в таблиці. Кілька запитів об'єднуються в один логічними операціями AND або OR. При роботі Міз у властивості БЗ будуть прочитані дані з відповідних полів таблиці. Якщо записів у таблиці декілька, то при роботі Міз буде показаний список записів відповідають запиту, в якому потрібно буде вказати з якої записи забирати дані. МІЗи: Додати в БД. Оновити в БД. За допомогою цих механізмів Міз можливе додавання та оновлення записів у таблиці БД. Значення властивостей БЗ заносяться до поля таблиці БД. Вибір БД, таблиці, установка відповідності між полями таблиці і властивостями БЗ і формування запиту до таблиці виробляються аналогічно. Додавання даних проводиться в новий запис в кінці таблиці. Оновлення даних відбувається в конкретній записи таблиці. Міз: Зовнішній метод Цей механізм дозволяє використовувати метод БЗ як Міз, що забезпечує структурування створюваних Баз Знань. За допомогою цього механізму раніше сформовані методи БЗ можуть підключатися як незалежні частини, як підпрограми в створювані методи. Ріс.7.14. Екран системи Sprut-ExPro для підключення зовнішнього методу Для підключення зовнішнього методу необхідно вибрати БЗ, в якій був створений це метод. За замовчуванням - це поточна База Знань і підключаються методи поточної БЗ. Вибір іншої бази знань здійснюється після натискання на кнопку «...». Після цього відкривається вікно «Вибір файлу», в якому необхідно вибрати файл БЗ і натиснути кнопку «вибрати». Потім у списку вибору «Метод» необхідно вибрати підключається метод по імені або найменування. Після цього будуть заповнені списки вхідних і вихідних властивостей зовнішнього методу. Кожному вхідному властивості зовнішнього методу необхідно поставити у відповідність властивість поточної Бази Знань або константу. Якщо передається параметр відповідає константі - необхідно встановити перемикач в положення «константі» і в стовпець з найменуванням властивості Бази Знань необхідно ввести значення цієї константи. Кожному вихідного властивості зовнішнього методу необхідно поставити у відповідність властивість поточної Бази Знань. Моделювання роботи Міз Доступ до екрану «Моделювання роботи Міз» здійснюється після натискання кнопки «Моделювати» на панелі атрибутів Міз при роботі з механізмом Міз або після натискання на кнопку «Моделювання» на екрані «МІЗи Бази Знань». Ріс.7.15. Екран системи Sprut-ExPro для тестування Міз На екрані розташовані список вхідних даних і список результатів. Значення вхідних властивостей використовуваних для моделювання роботи Міз вводяться в стовпець «Значення». Після завершення введення введене значення перевіряється на задоволення передумовою запуску модуля і коректність. Якщо введене значення задовольняє передумовою запуску і коректно то в полі «ü» буде виставлений значок «ü». Запуск Міз на виконання провадиться натисканням кнопки «Запуск». Після роботи Міз значення вихідних властивостей, розраховані Мізом, будуть занесені до списку «Результати». МІЗи Бази Знань об'єднуються в Методи. Метод характеризується наступними параметрами: До складу методу входять МІЗи пов'язані між собою по входах і виходах. Робота з екраном «Методи Бази Знань» Доступ до екрану «Методи Бази Знань», здійснюється після натискання на кнопку «Методи» на «Основний Панелі» системи. Ріс.7.16. Екран системи Sprut-ExPro для роботи з методами Функції створення, редагування параметрів і видалення Методів аналогічні функціям по роботі зі Словником БЗ і описані в розділі «Робота з екраном« Словник БЗ » Кнопка «Компонування». При натисканні на кнопку «Компонування» здійснюється перехід до екрану компонування Методу з Міз Кнопка «Склад». При натисканні на кнопку «Склад» здійснюється перехід до екрану роботи з методом.
Перехід до цього режиму можливий, тільки якщо метод був уже скомпоновано. Якщо метод не був скомпонований або склад Міз, що входять в метод змінився - кнопка «Склад» буде заблокована. Якщо Метод не був відтранслювати або містив помилки при трансляції - кнопка «Моделювання» буде заблокована. Компонування методу Доступ до екрану «Компонування Методу» здійснюється після натискання на кнопку «Компонування» в екрані «Методи Бази Знань». З допомогою цього екрана формується список Міз входять до складу Методу. Ріс.7.17. Екран системи Sprut-ExPro для компонування методу Додавання Міз до складу Методу виробляється зі списку «Міз База Знань» після натискання на кнопку «Додати>>». Доданий Міз переноситься до списку «Міз, що входять до Метод». Видалення Міз зі складу Методу проводитися після натискання кнопки «<<Видалити». Якщо у стовпці «ф» проти імені Міз стоїть значок «*» - це означає, що цей Міз НЕ відтранслювати. При включенні такого Міз до складу Методу кнопка «скомпонувати» буде заблокована. По натисненню на кнопку «скомпонувати» виробляється компонування Методу: словники всіх Міз входять до Метод об'єднуються, утворюючи словник Методу, відбувається ранжування Міз входять до Метод та освіта семантичної мережі, формується список вхідних властивостей Методу. Після завершення компонування Методу здійснюється перехід в режим роботи з Методом. Генерація мультиагентної метасістеми є останнім етапом формування банку знань прикладної системи. Для цього необхідно поєднати структуровану систему даних, побудовану на першому етапі, з методами, розробленими на попередньому етапі. При цьому формується мультиагентна система проектування. Цей процес проводиться за допомогою системи Sprut-X. Ріс.7.18. Підключення методів до об'єктів
Наступною операцією створення об'єктної метамоделі вироби є підключення методів до об'єктів, виконувана за допомогою Sprut X. На ріс.7.18 представлена структура об'єктів з підключеними до них методами. У процесі підключення виробляється прив'язка вхідних і вихідних змінних методу до властивостей об'єкта. За допомогою методів проводиться виконання необхідних інженерних розрахунків, вибір стандартних і покупних комплектуючих виробів, генерація при необхідності 3 D моделей, а також креслень, проектування технологічних процесів виготовлення складальних одиниць і деталей. Останньою операцією CASE-технології створення многоагентних САПР є генерація прикладного інтерфейсу системи. Ця генерація виконується в напівавтоматичному режимі на основі розробленої об'єктної метамоделі вироби. Інтерфейс уніфікований і містить мінімальну кількість засобів управління (ріс.7.19).
Ріс.7.19. Екран вводу ТЗ на проектування асинхронного електродвигуна
Створювані прикладні системи відносяться до класу систем "проектування від однієї кнопки" і можуть працювати в повністю автоматичному режимі. Досить поставити технічні вимоги, що складаються з властивостей верхнього об'єкта, і натиснути на кнопку "Генерація креслень". Властивості задаються за допомогою кнопки "Інспектор" (ріс.7.19). При необхідності скоригувати згенеровані креслення натисканням на кнопку викликається графічний редактор Sprut CAD. На ріс.7.20 наведено приклад результату проектування ротора електродвигуна.
Ріс.7.20 Приклад результату проектування ротора електродвигуна 8. Методи і програмні засоби автматізаціі проект ювання технологічних процесів Згідно з найбільш узагальненої моделі системи, моделі "чорного ящика", система автоматизованого проектування технологічних процесів (ТП) представляє собою засіб перетворення вхідних даних і технологічних знань у вихідну інформацію (рис.8.1). Вхідними даними є конструктивне опис вироби на машинних носіях і (або) у формі конструкторської документації. Вихідна інформація у внутрішній формі являє собою машинну модель технологічного процесу, а в зовнішній ¾ технологічну документацію відповідно до стандартів. Звідси випливає, що першими кроками системного аналізу даної проблемної ситуації є системологічного дослідження двох компонент: 1. проектованих технологічних процесів, 2. процесів їх проектування. Рис.8.1. Функцональная модель системи автоматизованого проектування технологічних процесів Форми подання технологічної документації Результатом проектування технологічних процесів є відповідна документація, склад і форма подання якої визначаються стандартами. Технологічна документація складається з основних і допоміжних документів. До основних відносять документи, що містять зведену інформацію, необхідну для вирішення однієї або комплексу інженерно-технічних, планово-економічних і організаційних завдань. Основні документи повністю і однозначно визначають технологічний процес (операцію) виготовлення або ремонту виробу і його складових частин. Допоміжні документи застосовуються при розробці, впровадженні та функціонуванні технологічних процесів та операцій, наприклад, карта замовлення на проектування технологічної оснастки. Основні технологічні документи поділяються на документи загального і спеціального призначення. До документів загального призначення відносять технологічні документи, які застосовуються окремо або в комплектах документів на технологічні процеси, незалежно від застосовуваних технологічних методів, наприклад, карта ескізів. Документи спеціального призначення застосовуються залежно від типу і виду виробництва і технологічних методів. Види основних технологічних документів наведено в табл.8.1. Таблиця 8.1 Види основних технологічних документів Вид документа | Позначення документа | Призначення документа |
Титульний лист
Карта ескізів
Маршрутна карта
Операційна карта |
ТЛ
КЕ
|
МК
ОК | Документи загального призначення Оформлення першого аркуша комплекту технологічних документів Пояснення виконання технологічного процесу, операції або переходу
Документи спеціального призначення Опис технологічного процесу маршрутного або маршрутно-операційного подання або зазначення повного складу технологічних операцій з даними про обладнання, технологічної оснастки, матеріальних нормативи і трудових витратах Опис технологічної операції із зазначенням послідовного виконання переходів, даних про засоби технологічного оснащення, режими і трудових витратах |
Крім перерахованих документів використовуються відомості: технологічних маршрутів (ВТМ), оснащення (ВО), устаткування (ВОБ), матеріалів (ВМ) і ін До обов'язкових документів належить маршрутна карта, форма подання якої наведена на рис.8.2. Рис.8.2. Форма представлення маршрутної карти Опис операцій обробки в МК проводиться у рядках різного типу. На рис.8.2 представлені рядки типу А і Б. Шапки цих рядків наведено вгорі вікна. У рядках типу А записуються: номери цеху, дільниці та робочого місця, порядковий номер операції, її код і найменування, а також позначення документів з охорони праці та техніки безпеки, якими необхідно керуватися при виконанні даної операції. Рядки типу Б містять код і найменування обладнання, на якому виконується операція і додаткова інформація: ступінь механізації (СМ), код професії, розряд роботи (Р), умови праці (УТ), кількість робітників (КР) і т.п. У залежності від ступеня деталізації опису ТП розрізняють наступні варіанти: - Маршрутне опис ТП, це скорочений опис всіх технологічних операцій у маршрутній карті в послідовності їх виконання без вказівки переходів і технологічних режимів; - Операційний опис ТП, це повний опис всіх технологічних операцій у послідовності їх виконання із зазначенням переходів і технологічних режимів; - Маршрутно-операційний опис ТП, це скорочений опис технологічних операцій у маршрутній карті в послідовності їх виконання з повним описом окремих операцій в інших технологічних документах. При побудові уніфікованих ТП важливу роль грає відношення подібності. Подоба - це відношення подібності між двома або більше системами, визначається деякими загальними властивостями. Можливий діапазон ступеня подібності від повної рівності (ідентичності) до часткового подібності. Можна говорити про функціональний, структурному та інших видах подібності. Ідентичність - це відношення між об'єктами або процесами, що характеризуються однаковими властивостями. Типовим називається ТП виготовлення групи виробів із загальними конструктивними і технологічними ознаками. Типова операція характеризується єдністю змісту і послідовності технологічних переходів для групи виробів із загальними конструктивними і технологічними ознаками. З точки зору системології до числа типових належать ТП, які мають функціональну та структурної ідентичністю і подобою параметрів. До груповим належать технологічні процеси та операції виготовлення групи виробів з різними конструктивними, але спільними технологічними ознаками. Різниця конструктивних ознак визначає відмінність структур ТП. Тому з точки зору системології до групових відносяться техпроцеси, що володіють функціональним, структурним і параметричним подобою. Одиничний ТП призначається для виготовлення або ремонту виробу одного найменування, типорозміру і виконання, незалежно від типу виробництва. Ступінь деталізації опису ТП залежить від типу виробництва і стадії розробки технологічної документації: для одиничного і дрібносерійного виробництва застосовують маршрутне і маршрутно-операційний опис, для серійного і великосерійного - операційний. Ієрархія елементів технологічних процесів Вище наведена номенклатура робочої технологічної документації. Перейдемо до розгляду внутримашинного представлення результатів проектування технологічних процесів. Методологічною основою розв'язання проблем внутримашинного подання є системологія. Для системного аналізу технологічних процесів в машинобудуванні необхідно встановити: 1. номенклатуру систем, 2. склад параметрів і змінних системи кожного типу, 3. типаж міжсистемних зв'язків та їх властивостей. Процеси, в тому числі і технологічні, представляють собою клас технічних систем, відмітною особливістю яких є істотна залежність від часу. Можна запропонувати наступну ієрархічну класифікацію елементів технологічних процесів: - Крок, найпростіший елемент керуючої програми (УП) для верстата з числовим програмним керуванням (ЧПК), який кодується одним кадром і визначає рух по заданій траєкторії (пряма, окружність і т.п.) при незмінних режимах обробки; - Хід, найпростіший елемент технологічного процесу (ТП) і складовий елемент УП, що кодується кількома кадрами і виконується при незмінних режимах обробки уздовж заданої направляє і оброблюваної поверхні; - Прохід, елемент ТП, що складається з одного або декількох ходів і представляє собою одноразове рух інструмента щодо оброблюваного об'єкта, в результаті якого з поверхні або поєднання поверхонь знімається один шар матеріалу; - Перехід, елемент ТП, що складається з одного або декількох проходів і представляє собою закінчений процес отримання кожної нової поверхні або поєднання поверхонь вироби при обробці одним інструментом; - Позиція, частка ТД обробки одного або декількох конструктивних елементів оброблюваного об'єкта, виконувана при певному розташуванні його в пристосуванні і пристосування щодо обладнання на початку і кінці обробки; - Установ, частина ТП обробки виробу на одному робочому місці при незмінному розташуванні його в пристосуванні; - Операція, закінчена частина ТП виготовлення виробу, виконувана на одному робочому місці, наприклад верстаті; - Маршрут обробки, сукупність операцій етапів, що складаються з однорідних за характером і точності операцій обробки, що виконуються безпосередньо один за одним у технологічній послідовності; - План обробки, сукупність етапів обробки, що представляє закінчений технологічний процес виготовлення виробу. У наведеній класифікації елементів технологічних процесів одночасно описано службове призначення цих елементів. Побудована ієрархія визначає базову номенклатуру систем, що використовуються при проектуванні технологічних процесів. Повна номенклатура може бути отримана за допомогою родовідових декомпозиції систем різних рівнів. Повний набір етапів з яких складається початковий план обробки залежить від конкретних умов, однак, при цьому можна виділити таку базову сукупність: -Термічний 1 (поліпшення, старіння), призначений для поліпшення оброблюваності матеріалу і зняття внутрішніх напружень заготовки; -Обробка баз, призначена для формування технологічних баз з використанням чорнових баз; -Чорнової, призначений для знімання зайвих припусків і дозволяє одержати 14 квалітет точності розмірів деталі; -Получістовой, призначений для розмірної обробки з точністю 12 ... 13 квалітетів; -Термічний 2, призначений для гартування або поліпшення; -Чистової, призначений для розмірної обробки з точністю 9 ... 11 квалітетів; -Термічний 3, призначений для азотування або старіння; -Оздоблювальний, призначений для розмірної обробки з точністю 7 ... 8 квалітетів; -Покриттів, призначений для нанесення органічних і неорганічних покриттів; -Доводочні, призначений для отримання поверхонь з шорсткістю Ra = 0.02. Ріс.8.3 Системна ієрархія елементів технологічних процесів Родовідових декомпозиція технологічних операцій визначається класифікатором технологічних операцій. Залежно від виду технологічного процесу є наступні класи операцій: Операції загального призначення Технічний контроль Переміщення Випробування Консервація і упаковування Лиття металів і сплавів Обробка тиском Обробка різанням Термічна обробка Фотохіміко-фізична обробка Формоутворення з полімерних матеріалів, кераміки, скла, гуми Порошкова металургія Отримання покриттів неорганічних Отримання покриттів органічних Електрофізичні і електрохімічна обробка Напилювання Пайка Електромонтаж Збірка Зварювання Є такі групи технологічних операцій обробки різанням: 4280! Відрізна 4110! Токарна 4260! Фрезерна 4210! Свердлильна 4220! Расточная 4230! Програмна 4130! Шліфувальна 4150! Зубообробні 4170! Стругальні 4175! Довблення 4180! Протяжна 4190! Обробна ! Інші операції обробки різанням Група 4230 програмних операцій включає наступні операції: 4231! Расточная з ЧПУ 4232! Свердлильна з ЧПУ 4233! Токарна з ЧПУ 4234! Фрезерна з ЧПУ 4236! Шліфувальна з ЧПУ 4237! Комплексна на обробних центрах із ЧПК 4238! Агрегатна з ЧПУ 4239! Комбінована з ЧПУ Номенклатура переходів визначається у відповідних класифікаторах. Для обробки різанням на верстатах з ЧПК в цей набір входять такі переходи: точити, розточити, прорізати, підрізати, відрізати, центрованим, свердлити, розсвердлити, зенкеровать, розгорнути, цековать, зенковать, нарізати різьблення, фрезерувати, шліфувати. Моделі даних елементів технологічних процесів Вище була встановлена номенклатура елементів технологічних процесів. Рішення наступної системологічного завдання пов'язані з встановленням для кожного елемента складу параметрів і змінних. Параметр для кожної системи повинен бути унікальним і однозначно визначати її. Як параметр в даному випадку виступають позначення: вироби, підприємства-виробника, документа і літера документа. Для встановлення набору змінних елементів технологічних процесів необхідно проаналізувати властивості цих елементів. Властивості містяться в ГОСТ 3.1103-82 "Основні написи" і ГОСТ 3.1118-82 "Форми та правила оформлення маршрутних карт". Нижче наведені набори цих властивостей. План обробки (технологічний процес): - Позначення підприємства-розробника процесу - Найменування виробу - Позначення вироби - Конструкторсько-технологічний код вироби - Позначення документа - Літера документа - Код найменування, сортамент і розмір матеріалу - Код марка матеріалу та позначення стандарту, ТУ - Код матеріалу за класифікатором - Код одиниці величини - Маса деталі - Код одиниці норми витрат матеріалу - Норма витрати матеріалу - Коефіцієнт використання матеріалу - Код заготовки - Код профіль і розміри вихідної заготовки - Кількість деталей з заготівлі - Маса заготовки - Позначення замовлення - Обсяг виробничої партії - Кількість запусків на рік - Коефіцієнт застосування типових технологічних процесів - Норма часу на виріб Операція - Позначення вироби - Найменування етапу - Номер цеху - Номер ділянки - Номер робочого місця - Номер операції - Код операції за класифікатором - Код позначення документа - Код обладнання за класифікатором - Код найменування обладнання - Код ступеня механізації - Код професії за класифікатором - Розряд роботи - Код умов праці - Кількість виконавців - Кількість одночасно виготовлених виробів - Обсяг виробничої партії - Коефіцієнт штучного часу - Норма підготовчо-заключного часу на операцію - Норма штучного часу на операцію - Допоміжний час на операцію - Основний час на операцію - Час на обслуговування робочого місця Встанов - Позначення вироби - Номер операції - Номер установа - Зміст дій Позиція - Позначення вироби - Номер операції - Номер установа - X координата точки початку циклу - Y координата точки початку циклу - Z координата точки початку циклу Перехід - Позначення вироби - Номер операції - Номер установа - Номер переходу - Код змісту переходу - Код пристосування - Кількість пристосувань - Код допоміжного інструменту - Кількість допоміжного інструменту - Код ріжучого інструменту - Кількість різального інструменту - Код слюсарно-монтажного інструменту - Кількість слюсарно-монтажного інструменту - Код спеціального інструменту - Кількість спеціального інструменту - Код засобів вимірювання інструменту - Кількість засобів вимірювання інструменту Властивості технологічних переходів для різних методів виготовлення відрізняються один від одного. Нижче наведена концептуальна схема параметрів переходу обробки різанням на верстатах з числовим програмним управлінням відповідно до ГОСТ 3.1418-82. Параметри технологічного переходу обробки різанням: - Позначення вироби - Номер операції - Номер установа - Номер переходу - Номер позиції інструментальної налагодження - Розрахунковий розмір оброблюваного діаметра (ширини) деталі - Розрахунковий розмір довжини робочого ходу - Глибина різання - Число проходів - Подача - Частота обертання шпинделя - Швидкість різання - Допоміжний час на перехід - Основний час на перехід З точки зору автоматизованого проектування спроектувати технологічний процес ¾ це значить заповнити даними його концептуальну модель, що складається з таблиць наведеного вище змісту. Заповнення даними виробляється напівавтоматично в діалозі ЕОМ з людиною, або автоматично за допомогою баз знань. Системний аналіз дій проектування технологічних процесів Процес прийняття проектних рішень при проектуванні технічного процесу представлений в табл.2. На першій стадії проектування розробляється план розробки, що складається з етапів, що включають як механоскладальні етапи, що забезпечують обробку деталі з різною точністю і шорсткістю поверхонь (чорнові, получістовой, чистові, оздоблювальні, доводочні), так і етапи термічної обробки, покриттів та інші. Розробка плану обробки заданої деталі починається з вибору заготівлі та проектування при необхідності відповідних заготівельних етапів і етапів обробки баз. Перед тим, як вибирати заготовку, необхідно на всі оброблювані поверхні деталі призначити припуски. Припуск на поверхню залежить від квалітету, по якому вона повинна бути виконана в деталі, і її стану у заготівлі. Співвідношення цих квалітетів визначає номенклатуру і кількість стадій обробки, які повинна пройти ця поверхня. Вибір заготовки визначає зміст перших етапів плану обробки ¾ заготівельного, призначеного для отримання заготовки, і її термообробки. Вибір одного або декількох варіантів заготовок фіксує вхід проектованого технологічного процесу або декількох його варіантів. Опис виходу ТП зафіксовано у конструкторській документації на виготовлену деталь. Послідовність вибраних етапів обробки або кілька варіантів таких послідовностей визначає укрупнену структуру проектованого ТП, з якої випливає расцеховка оброблюваного об'єкта. Далі уточнюється обладнання, що використовується на кожному етапі, і формується один або кілька варіантів маршруту обробки. При проектуванні операції призначаються пристосування, необхідні для кріплення заготовки або напівфабрикату на верстаті. Призначення параметрів установа фіксує розташування оброблюваного об'єкта щодо пристосування, а розташування пристосування щодо обладнання фіксує позицію, визначаючи остаточно зв'язок системи координат виготовленої деталі з системою координат використовуваного обладнання. При проектуванні переходу фіксуються рішення щодо застосовуваного інструмента, використовуваної схеми траєкторії цього інструмента щодо деталі і параметрів розрахунку цієї схеми, а також режимів обробки. Розташування проходів деталізує структуру схеми обробки при виконанні переходу. Нарешті, формування керуючої програми (при необхідності) зводиться до розрахунку ходів і кодування кадрів УП. Ця функція виконується самостійною системою автоматизації програмування, вихідні дані для якої передаються з описуваної системи САПР ТП. 9. Автоматизація операційних процесів, технологічні машини і системи ЧПУ, промислові роботи і автоматизація контролю та діагностики Основні поняття і функціональна схема автоматизованого операційного технологічного процесу Технологічна операція - закінчена частина технологічного процесу, виконувана на одному робочому місці. Робоче місце (РМ) - частина виробничої системи, створена на базі робочої машини або комплекту технічних засобів, необхідних для виконання технологічної операції. РМ утворює виробничу клітинку, що представляє собою сукупність робочої машини, в якій розміщуються матеріали або заготовки, засоби впливу на них, а також допоміжного устаткування і технологічного оснащення. Технологічне оснащення складається з пристосувань, призначених для установки або направлення предмета праці чи інструменту при виконанні технологічної операції, та інструментів, призначених для дії на предмет праці з метою зміни його стану. Розглянемо функціональну схему автоматизованого робочого місця (ріс.9.1). Для виконання технологічної операції необхідні засоби реалізації наступних функцій: - Управління, контролю та діагностики; - Установки заготовок на робочу машину (верстат); - Зміни інструменту в робочій позиції; - Обробки деталі; - Знімання деталі та інструментів з верстата. Функція управління, контролю та діагностики необхідна для перетворення конструкторсько-технологічних даних, представлених у формі технологічної документації і керуючих програм у команди управління комплексом засобів технологічного оснащення. Крім цього функція управління здійснює перетворення сигналів зворотного зв'язку про виконання команд і хід технологічного процесу. Виконання цієї функції забезпечується системою ЧПУ верстата і робота за участю оператора. Функція установки заготовок на верстат здійснює зміну положення заготовки, переміщаючи її з транспортного засобу або накопичувача (складу) з установкою її на верстаті. Ця функція реалізується роботом або спеціальним маніпулятором. Функція зміни інструменту в робочій позиції здійснює зміна розташування інструменту, переміщаючи його з накопичувача або з неробочої позиції в позицію, в якій інструмент може виконувати робочий процес. Ця функція реалізується пристроєм розміщення і зміни інструментів. Функція обробки деталі здійснює зміну стану заготівлі та виконується робочою машиною (верстатом). Функція знімання деталі та інструментів з верстата змінює розташування предмета праці та інструментів, звільняючи від них верстат. Функція реалізується тими ж засобами, які використовувалися для установки деталі та інструментів. Технологічні машини з ЧПУ Операції механічної обробки деталей полягають у впливі деякого робочого органу (інструменту) на оброблюваний об'єкт з метою зміни його форми і розмірів. Для виконання цих операцій робочі органи повинні здійснювати по відношенню до оброблюваних об'єктів певні переміщення. Реалізація цих переміщень здійснюється верстатами з ЧПУ, до складу яких включаються необхідні робочі органи. Технологічні процеси, що реалізуються на верстатах з ЧПК, відносяться до класу машинних технологічних процесів. Методи розрахунку керуючих програм для верстатів з ЧПК базуються на математичних моделях машинних технологічних процесів, самих технологічних машин - верстатів та їх оснащення, а також оброблюваних об'єктів. Фундаментом для побудови будь-якої математичної моделі є те чи інше простір, в якому будується ця модель. При розгляді довільного процесу прийнято використовувати фазовий простір, який являє собою безліч всіляких станів цього процесу. Розглянемо фазові простору машинних технологічних процесів Однією з основних характеристик будь-якого простору є його розмірність, яка для фазових просторів визначається числом параметрів, необхідних для опису відповідних процесів. У число основних параметрів, необхідних для опису машинного технологічного процесу входять, перш за все, координати, що визначають розташування робочого органу в процесі його переміщення щодо оброблюваного об'єкта. Другу групу основних параметрів складають швидкості переміщення по цих координатах. Для опису машинних технологічних процесів можуть бути використані методи класичної механіки систем, що складаються з кінцевого числа твердих тіл, в якості яких можна розглядати робочі органи. Як відомо, максимальна розмірність фазового простору системи з k твердих тіл дорівнює 12k. Звідси випливає, що максимальна розмірність фазового простору процесу, виконуваного одним робочим органом, дорівнює 12. Проте практично закономірності, що лежать в основі конкретних робочих процесів, накладають зв'язку на окремі параметри, що в більшості випадків призводить до зменшення розмірності фазових просторів реальних технологічних процесів, представлених у табл.9.1. Переміщення робочих органів, необхідні для виконання заданих впливів на оброблюваний об'єкт, здійснюються шляхом геометричного складання переміщень робочого органу і оброблюваного об'єкта. У свою чергу, їх абсолютні рухи складаються з елементарних рухів окремих виконавчих органів, на яких закріплені відповідно робочий орган і оброблюваний об'єкт. Щоб здійснити задані руху до виконавчого органу повинно бути підведено певну кількість механічної енергії, для чого він включається до складу пристрою, так званої виконавчим агрегатом або приводом виконавчого органу. Привід виконавчого органу є одним з основних структурних елементів будь-якої сучасної технологічної машини і первинним керованим об'єктом. У зв'язку з цим верстати з ЧПУ можна розглядати як комплекс її виконавчих агрегатів, об'єднаних системою управління. При аналізі структури будь-якої технологічної машини з ЧПУ необхідно перш за все встановити вид приводів виконавчих органів, кількість їх і порядок спільної роботи, реалізований системою управління. Різні види приводів виконавчих органів можна класифікувати по геометричній формі руху і типу управління. За геометричною формою руху приводи ділять на лінійні або поступальні і кругові або обертальні. З точки зору управління обидві ці різновиди можуть мати керування швидкістю руху, управління у кінцевому положенню і керування траєкторією. У разі керування першого типу програмується лише швидкість руху, а величини переміщень не задаються. При цьому можливі два підтипи: поетапне управління швидкістю і безперервне. Управління другого типу, при якому не програмується швидкість руху, прийнято називати позиційним або координатним. У третьому типі управління зазвичай виділяють два підтипи: спрощений лінійний, що дозволяє реалізувати лише найпростіші траєкторії, наприклад в декартових координатах, траєкторії, що складаються тільки з відрізків прямих, і контурний, що дозволяє реалізувати практично будь-яку траєкторію робочого органу щодо вироби. Крім цього існують приводи виконавчих органів комбінованого типу, здатні працювати як в режимі позиціонування, так і в якості приводів контурного типу. На підставі викладеного можна скласти таку таблицю (див. табл.9.2) класифікації приводів виконавчих органів технологічних машин з ЧПУ, ввівши для кожного з типів спеціальні позначення. Таблиця 9.1 Фазові простору технологічних процесів ФАЗОВИХ РОЗМІРНІСТЬ | НАЙМЕНУВАННЯ ОПЕРАЦІЇ | ФАЗОВІ ПАРАМЕТРИ |
|
| X | Y | Z | A | B | C | Vx | Vy | Vz | Wa | Wb | Wc | 12 | Стругальні | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | 11 | Фрезерна пятікоордінатная | + | + | + | + | + | ¾ | + | + | + | + | + | + | 10 | Прорізка канавок на пов. обертання | + | ¾ | + | + | + | + | + | ¾ | + | + | + | + | 7 | Фрезерна трикоординатна | + | + |
| + | ¾ | ¾ | ¾ | + | + | + | ¾ | ¾ | + | 5 | Токарна | + | ¾ | + | ¾ | ¾ | ¾ | + | ¾ | + | ¾ | ¾ | + | 2 | Електроерозійна (2-х координатна) | + | + | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | 1 | Розкрійна (на гільйотинних ножицях) | + | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ | ¾ |
Приводи з управлінням швидкістю руху використовуються в металорізальних верстатах в якості приводів головних рухів, які формують номінальну швидкість різання. Приводи виконавчих органів з управлінням у кінцевому положенню використовують для настановних переміщень у процесі допоміжних ходів, протягом яких робочі органи не впливають на оброблюваний об'єкт. Приводи з управлінням рухом використовуються в основному для реалізації робочих ходів, які виконуються виконавчими органами верстатів з ЧПК в процесі безпосереднього впливу робочого органу на оброблюваний об'єкт. Для виконання робочого процесу система ЧПУ технологічної машиною повинна управляти спільною роботою виконавчих агрегатів різних типів у певному порядку. Найпростіший порядок визначає послідовний характер роботи виконавчих агрегатів, коли робота одного агрегату може початися лише по завершенні роботи іншого. Найбільш поширений порядок визначає спільну одночасну роботу декількох агрегатів, внаслідок чого з'являється можливість формування різних траєкторій руху робочого органу щодо оброблюваного об'єкта. Нарешті, можливо незалежне управління роботою будь-якого агрегату або комплексу агрегатів від інших. Таблиця 9.2 Класифікація приводів виконавчих органів ВИД ПЕРЕМІЩЕННЯ ВИКОНАВЕЦЬ-них ОРГАНІВ | ВИД УПРАВЛІННЯ |
| Швидкістю | Поло- жени- ем | Рухом | Комбі Ніро- ван- ве |
| ступа- чатое | безперерв- переглядаються |
| линів- ве | контур- ве |
| Прямолінійний | VSs | VCs | Ps | Ls | Cs | Us | Обертальний | VSr | VCr | Pr | Lr | Cr | Pr |
Якщо для кожного з перерахованих порядків управління ввести умовні позначення на зразок знаків алгебраїчних операцій, то, об'єднуючи з їх допомогою символ, що визначають типаж приводів виконавчих органів цієї технологічної машини з ЧПУ, можна побудувати структурну формулу цієї машини. Закон спільної роботи представляється у вигляді алгебраїчного складання з допущенням правила приведення подібних членів, послідовний закон - у вигляді множення окремих символів або многочленів, укладених в круглі дужки, а вирази, що визначають структуру незалежних комплексів виконавчих агрегатів, відокремлювати один від одного символом "крапка з комою ". Верстати з ЧПУ діляться на наступні основні класи: - Свердлильні й розточувальні; - Токарні; - Фрезерні; - Токарно-фрезерні; - Свердлильно-фрезерні; - Шліфувальні; - Електроерозійні. Типові структурні формули для верстатів перерахованих класів: VSr (2Ps) Ls - координатно-свердлильний або розточний верстат з хрестовим столом, ступінчате керування швидкістю обертання приводу головного руху, позиціонування по двох координатах, управління робочим ходом; VSr (2Cs) - токарний верстат, ступінчате керування швидкістю обертання приводу головного руху, контурне управління по двох координатах (рис.1); VSr (3Cs) - фрезерний верстат, ступінчате керування швидкістю обертання приводу головного руху, контурне управління по трьох координатах (рис.3); VCr (2Cs); (3Cs) - токарно-фрезерний верстат, безперервне управління швидкістю обертання приводу головного руху, контурне управління по двох координатах при точінні і за трьома - при фрезеруванні (рис.2); VCr (3Us) Pr - свердлильно-фрезерний верстат, безперервне управління швидкістю обертання приводу головного руху, комбіноване управління по трьох координатах і позиційне поворотним столом; VSr (2Cs) - шліфувальний верстат, ступінчате керування швидкістю обертання приводу головного руху, контурне управління по двох координатах; 2Ps - електроерозійний верстат позиційне керування по двох координатах. Системи числового програмного керування Система числового програмного керування (СЧПУ) являє собою сукупність пристрої числового програмного керування (УЧПУ), пристрої керування електроавтоматики верстата (програмований контролер), пристрої керування приводами подач і датчиків зворотного зв'язку. Загальна функція УЧПУ полягає в декодуванні керуючої програми і видачі керуючих сигналів на пристрої управління приводами подач. Загальна функція декомпозіруется на п'ять підфункцій. Таблиця 9.3 Функції пристроїв числового програмного керування ЗМІСТ | ВИКОНУВАНІ ДІЇ | Введення і редагування вихідної програми | -Введення програми з носія -Контроль правильності програми -Візуалізація програми за допомогою дисплея -Запис в ОЗУ відредагованою програми | Перетворення програми | -Перетворення програми в двійковий адресний код -Обчислення допоміжних величин (гвинтова інтерпо- ляція, корекція еквідіс- танто, прискорення і т.д.) | Інтерполяція траєкторії | -Інтерполяція ділянок траєкторії в реальному масштабі часу -Підтримка постійної контурній швидкості -Підтримка швидкості різання -Стабілізація прискорень | Перетворення інформації в команди руху виконавчих органів | -Прийом інформації з датчиків зворотного зв'язку -Формування сигналу помилки -Компенсація динамічної помилки | Переміщення виконавчих органів | -Відпрацювання інформації виконавчими двигунами |
При наявності датчиків зворотного зв'язку керуючі сигнали формуються з урахуванням сигналів від цих датчиків, що визначають фактичний стан виконавчих агрегатів. У приводі розімкнутих систем відсутній датчик зворотного зв'язку, контроль величини переміщення здійснюється кроковими двигунами. УЧПУ управляє траєкторією інструменту. Функція програмованого контролера (ПК) полягає в подачі команд на приводи головного руху, перемикання коробки передач, приводи подачі охолодження і т.п. За способом реалізації основних функцій системи ЧПУ діляться на наступні групи. Таблиця 9.4 Види систем ЧПУ
| ПОЗНАЧЕННЯ | ВИЗНАЧЕННЯ |
| NC | Системи ЧПУ (Numerical control), побудовані на базі спеціальних блоків апаратури |
| CNC | Системи ЧПУ, що містять у своєму складі ЕОМ або процесор для виконання основних функцій (Computer numerical control) |
| CNC - NC | Системи ЧПУ, змішаного класу |
| HNC | Різновид NC (Hand NC) з ручним введенням програми з пульта пристрою ЧПУ |
| SNC (MNC) | Різновид NC (Speicher NC, Memory NC), що має пам'ять для зберігання всієї керуючої програми |
| MPST | Децентралізовані мультипроцесорні системи ЧПУ |
| DNC | Системи управління групою верстатів від загальної ЕОМ (Direct NC), що здійснює зберігання і розподіл програм за запитами від пристроїв ЧПУ верстатів |
У залежності від технологічного призначення систем та їх складу виділяють такі типи систем ЧПУ: позиційні та контурні, замкнені і розімкнені. Позиційні призначені для управління свердлильної і розточний обробкою. Контурні застосовують для токарних, фрезерних, елекроерозіонних верстатів. Позначення СЧПУ складаються з букви, визначальною вид управління приводами подач, двох цифр, перша з яких визначає загальну кількість керованих координат, а друга - з них одночасно. Далі через дефіс слід цифра, що визначає тип приводу подач. Використовуються такі позначення: П-позиційні (управління становищем), Н-контурні (управління рухом), У-універсальні (поєднують два режими роботи); 1-кроковий привід, 2-привод, що стежить. Наприклад, Н32-1м означає контурна, З-х координатна, одночасно управляються дві координати, з кроковим приводом (тобто розімкнена). Найбільш поширені: Н22, Н33 і Н55 Як правило в сучасних системах підтримується лінійно-кругова інтерполяція, хоча є й інші її види: тільки лінійна, сферична, еліптична, параболічна і т.п. Пристрої установки і знімання заготовок і деталей Функції установки і знімання заготовок і деталей виконуються промисловими роботами та спеціалізованими пристроями. Промисловий робот (ПР) - це машина-автомат, призначена для відтворення деяких рухових функцій людини при виконанні допоміжних і основних виробничих операцій і наділена для цього деякими здібностями людини (силою, пам'яттю), а також здатністю до навчання для роботи в комплексі з іншим обладнанням . ПР є частиною таких систем, як РТК, які можуть функціонувати автономно і здійснювати багаторазові цикли з виготовлення партій деталей або оперативно перенастроюватися під обробку індивідуальних деталей. Крім ПР використовуються автооператора - автоматичні машини, що складаються з виконавчого пристрою у вигляді маніпулятора (сукупність маніпулятора і пристрої пересування) і неперепрограмміруемого пристрою керування. Автооператор призначені для виконання однієї заданої операції. Робот складається з: - Маніпулятора - Системи програмного керування - Інформаційної системи. Маніпулятор - пристрій, призначений для виконання рухових функцій, аналогічних функціям руки людину при переміщенні тіла в просторі або чинне автоматично. Маніпулятор оснащується робочим органом, призначеним для безпосереднього виконання технологічних операцій та (або) допоміжних переходів. Система програмного управління - сукупність засобів, призначених для формування і видачі керуючих впливів згідно із заданою програмою. Введення нових програм може здійснюватися з керуючих ЕОМ вищого рівня або за допомогою людини-оператора. Перепрограмування змінює послідовність і (або) значення переміщень робочих органів ПР Інформаційна система - сукупність засобів для отримання і обробки інформації про власний стан промислового робота і стан зовнішнього середовища. Виробничі роботи використовуються для виконання технологічних операцій різних видів виробництв - ливарного, зварювального, ковальсько-пресового, складального, фарбувального і т.п. Транспортні роботи призначаються для межоперціонной передачі заготовок, для автоматичного завантаження і вивантаження, для укладання готових виробів у тару і т.п. Ступінь універсальності роботів обумовлює необхідний рівень відповідності ПР запланованих робіт. Спеціальні ПР призначаються зазвичай для виконання однотипних операцій. Вони прості, економічні і зручні в експлуатації. Спеціалізовані ПР використовуються для виконання однотипних операцій, в межах яких володіють необхідною гнучкістю. Технологічні можливості спеціалізованих роботів, які складаються з уніфікованих модулів, розширюються шляхом варіювання компонування ПР в залежності від конкретних вимог виробництва. Універсальні ПР призначені для виконання найрізноманітніших операцій при великої номенклатурі виробів. Роботи цього типу мають можливість швидкого перепрограмування, але вони відповідно дорожче і складніше в експлуатації. Універсальні ПР мають :6-ю і більше ступенями рухливості. Роботи з нерухомими корпусами використовуються як при обслуговуванні різного обладнання, так і при виконанні основних технологічних операцій. При цьому вони можуть встановлюватися на підставках різних конструкцій перед устаткуванням, що обслуговується або безпосередньо на ньому. Ці ПР зручні в експлуатації, але їх технологічні можливості обмежені межами робочої зони маніпулятора. Рухливі підлогові ПР переміщуються вздовж технологічного обладнання на рейкових направляючих або на автоматичних візках-Робокар. Рухливі підвісні ПР пересуваються по монорейки, розташованим над устаткуванням, що обслуговується. Рухливі ПР можуть обслуговувати кілька одиниць технологічного обладнання, розташованого вздовж траси пересування. Це розширює технологічні можливості ПР, але ускладнює умови експлуатації. Особливу групу складають ПР вертикального переміщення, використовують захоплюючі пристрої для покрокового переміщення по стінках. Вантажопідйомність визначає здатність ПР брати, утримувати та транспортувати предмети з регламентованою масою. Ця характеристика ПР поряд з рухливістю корпусу є однією з основних класифікаційних характеристик. Надлегкі роботи вантажопідйомністю не вище 1 кг в основному застосовуються на допоміжних операціях і при складанні. Зазвичай вони представляють собою прості спеціалізовані пневматичні ПР, що володіють високою швидкодією. ПР малої вантажопідйомності володіють середнім швидкодією і більш складною кінематикою рухів при різних типах приводів. ПР середньої вантажопідйомності бувають спеціальними, спеціалізованими і універсальними. Приводи у них найчастіше гідравлічні, електромеханічні і універсальні, що забезпечують швидкість переміщень близько 0,5 м / с. Важкі ПР вантажопідйомністю понад 100 кг відносяться до групи спеціальних і спеціалізованих. Рухи реалізуються гідравлічними і електромеханічними приводами з малим швидкодією. Класифікація промислових роботів (ПР) Класифікаційні ознаки | Підкласи промислових роботів | За функціональним призначенням | Виробничі |
| Транспортні | За спеціалізацією | Універсальні |
| Спеціальні |
| Спеціалізовані | За мобільності | Стаціонарні | Вбудовані в обладнання |
|
| Підлогові |
| Пересувні | Підлогові |
|
| Підвісні |
|
| Вертикального переміщення | По вантажопідйомності | Надлегкі (до 10 Н) |
| Малої вантажопідйомності (до 100 Н) |
| Середньої вантажопідйомності (до 2000 Н) |
| Великої вантажопідйомності (понад 2000 Н) | За типом приводу | Електромеханічні |
| Пневматичні |
| Гідравлічні |
| Комбіновані | За типом системи управління | Програмовані |
| Циклові |
|
| Позиційні |
|
| Контурні |
| Адаптивні | За типом системи координат | Прямокутні |
| Полярні | Циліндричні |
|
| Сферичні |
| Ангулярний | За точністю позиціонування | Мала (похибка 1 мм і більше) |
| Середня (похибка від 0,1. До.1 мм) |
| Висока (похибка менш 0,1) | За ступенем рухливості маніпулятора | Мала (з числом ступенів свободи до 3) |
| Середня (з числом ступенів волі від 4 до 6) |
| Висока (з числом ступенів свободи 6 і більше) | За швидкодією | Мале (лінійна швидкість до 0,5 м / с) |
| Середнє (лінійна швидкість від 0,5 до 1,0 м / с) |
| Велике (лінійна швидкість понад 1,0 м / с) | За кількістю маніпуляторів | Одноманіпуляторние |
| Двухманіпуляторние |
| Многоманіпуляторние |
Пневматичні приводи застосовуються в ПР з вантажопідйомністю, як правило, до 10 кг і створюються на базі пневматичних циліндрів і турбінок. Перевага подібних приводів полягає в простоті і надійності конструкції, а також дешевизні стисненого повітря як виду енергії. Недоліки перш за все пов'язані зі складністю проміжного позиціонування виконавчого механізму та управління швидкістю при переміщенні. Гідравлічні приводи застосовуються в ПР з великою вантажопідйомністю та створюються на базі гідравлічних циліндрів і двигунів. Гідравлічні приводи компактні і здатні розвивати великі зусилля. Технологічні можливості їх розширюються за рахунок забезпечення регулювання зусиль у виконавчих механізмах і швидкостей переміщення. Недоліки даних приводів-невелика швидкохідність і підвищені вимоги до умов експлуатації, пов'язані з використанням рідини в якості робочого тіла. Електромеханічні приводи застосовуються в ПР з різною вантажопідйомністю та створюються на базі електродвигунів постійного і змінного струму, а також крокових двигунів. Роботи з електроприводами володіють найбільшою технологічною гнучкістю і добре стикуються з устаткуванням, що обслуговується. Вони досить надійні в роботі, прості в обслуговуванні, регулюванні, не мають трубопроводів, так як харчуються електроенергією. До їх недоліків можна віднести порівняно низькі показники питомої потужності. Комбіновані приводи являють собою різні поєднання розглянутих типів приводів і створюються для розширення технологічних можливостей ПР. Цикловое програмне управління забезпечує зазвичай позиціонування за допомогою механічних упорів, що розташовуються в крайніх положеннях по кожній ступеня рухливості. Для збільшення числа точок позиціонування застосовують додаткові проміжні висувні упори. Циклові системи найбільш прості, дешеві і надійні в експлуатації. Їх недоліками є мала універсальність і обмежені технологічні можливості. Позиційне програмне управління забезпечує від десятків до сотень програмованих точок траєкторії рух по кожній ступеня рухливості. У цьому випадку при програмуванні задається відповідний набір точок робочої зони, через які послідовно повинні пройти ланки маніпулятора при виконанні програми. Позиційне керування підвищує універсальність і технологічні можливості ПР, проте не дозволяє регулювати траєкторії між заданими точками. Контурне керування дозволяє робити переміщення маніпуляторів ПР по безперервним траєкторіях і з безперервно програмованої швидкістю руху. Комбіновані системи програмного управління створюються для оптимального поєднання циклових, позиційних та контурних типів управління. Адаптивне управління забезпечує розширення можливостей ПР за рахунок використання систем очувствленія на базі сенсорних пристроїв, що дозволяють визначати положення, конфігурацію та інші параметри об'єктів маніпулювання і навколишнього середовища. Відповідно до отриманих сигналами проводиться автоматичне зміна керуючої програми. Адаптивні ПР можуть працювати в умовах невизначеності без спеціальних пристосувань, наприклад для орієнтації деталей перед захопленням. Ступінь рухливості визначає здатність ПР до виконання складних рухів у процесі роботи. Мала рухливість-з числом ступенів рухливості до 3 характерна для спеціальних роботів. Вона спрощує конструкцію ПР, але одночасно обмежує його можливості. Середня рухливість-з числом ступенів рухливості до 6 - характерна для спеціалізованих і універсальних ПР. Висока рухливість передбачає наявність більше 6 ступенів рухливості. У промисловому виробництві доцільність використання такого числа ступенів рухливості виникає порівняно рідко. Число маніпуляторів поряд з швидкодією обумовлює продуктивність ПР. Одноманіпуляторние ПР застосовуються для здійснення транспортно-настановних операцій з високим швидкодією або для обслуговування технологічного обладнання при виконанні основної операції, що вимагає значного машинного часу. Двухманіпуляторние ПР використовуються для взяття, транспортування, завантаження та розвантаження виробів при обслуговуванні обладнання з малим робочим циклом. Два маніпулятора дозволяють поєднувати операції завантаження і розвантаження, що скорочує тривалість технологічного процесу. Многоманіпуляторние роботи відносяться до групи спеціальних і використовуються у виробництвах, що мають можливість одночасного обслуговування декількох одиниць технологічного обладнання. Захватні пристрої маніпуляторів Класифікація захватних пристроїв Класифікаційні ознаки | Підкласи захватних пристроїв | За способом утримання | Хапають (губки, пінцети, кліщі) |
| Підтримуючі (вилки, лопатки) |
| Утримують (забезпечують силовий вплив на об'єкт за рахунок використання різних фізичних явищ: магнітних, вакуумних) | За принципом дії | Механічні |
| Пневматичні |
| Магнітні |
| Інші (наприклад, електростатичні) | За способом базування | Здатні до перебазування (центрирующие, базуючі, що фіксують |
| Нездатні до базування |
Пристрої автоматичної зміни інструменту Пристрої автоматичної зміни інструменту складаються з: - Інструментальних магазинів; - Завантажувально-розвантажувальних пристроїв; - Транспортних пристроїв; - Проміжних накопичувальних пристроїв. Інструментальні магазини - накопичувачі, призначені для зберігання інструментів, діляться на дві групи. До першої відносяться магазини, в яких інструменти, необхідні для обробки певної заготівлі, встановлюються в необхідній послідовності. Інструменти, як правило, закріплюються в гніздах пристрою і не змінюються протягом обробки всієї партії заготовок. Такий пристрій являє собою багатоінструментальні головку, в якій послідовна зміна інструменту здійснюється при повороті голівки. Такі пристрої характерні для токарних верстатів. До другої групи належать магазини, призначені тільки для зберігання інструментів. Такі магазини можуть бути дискового, барабанного і ланцюгового типів. Найбільша кількість інструментів може бути встановлено в ланцюгових і багатодискових магазинах. Як завантажувально-розвантажувальних пристроїв зміни інструментів використовуються одно-і двохзахоплювальними маніпулятори-автооператора, керовані від ЧПУ верстата. В якості транспортних пристроїв можуть використовуватися або безпосередньо дискові або барабанні магазини, або спеціальні пристосування. У першому випадку проводиться автоматична заміна магазинів цілком за допомогою мостових кранів. У другому, пристосування встановлюється на стіл верстата і автооператор виробляє перезавантаження інструментального магазину. В якості проміжних накопичувальних пристроїв використовуються розташовані біля верстата або у групи верстатів інструментальні автоматизовані склади у вигляді магазинів дискового, барабанного і ланцюгового типів. Автоматизація контролю та діагностики Технічний контроль - це перевірка відповідності об'єкта встановленим технічним вимогам. Будь-який контроль зводиться до здійснення двох основних етапів: - Одержання первинної інформації про фактичний стан об'єкта; - Зіставлення первинної інформації із заздалегідь встановленими вимогами, нормами, критеріями. Технічне діагностування - процес визначення технічного стану об'єкта з певною точністю. Т.ч. технічний контроль завжди містить діагностування. Система контролю та діагностики (СКД) у ДПС - упорядкована сукупність технічних засобів, алгоритмів і програм, а також необхідної документації, призначена для автоматичного виконання операцій вимірювання, діагностування, контролю і вироблення коригуючих впливів для системи управління ДПС. Класифікація функцій технічного контролю наведена в табл.9.5. Таблиця 9.5. Класифікація функцій контролю та діагностики Виробничий контроль | Контроль якості продукції основного і допоміжного виробництва | Вхідний контроль |
|
| Операційний контроль |
|
| Приймальний контроль (Контроль функціонування при приймально-здавальних випробуваннях) |
| Контроль технологічних процесів і технологічного середовища | Безперервний контроль |
|
| Періодичний контроль | Експлуатаційний контроль | Контроль технічного стану і діагностування з пошуком дефектів | Основного технологічного обладнання |
|
| Систем транспортно-складських |
| Контроль засобів АСУ | Функціональний контроль |
|
| Параметричний контроль |
10. Автоматизація підготовки керуючих програм для верстатів з ЧПК У завдання підготовки керуючих програм для верстатів з ЧПК входять проектування операційного технологічного процесу, а також розрахунок і кодування керуючої програми. Технологічні процеси, що виконуються на верстатах з ЧПК, відносяться, як правило, до класу одиничних. Структура одиничного технологічного процесу заздалегідь не відома і генерується в процесі проектування. Вона залежить від структури оригінальної складальної одиниці або деталі, для виготовлення якої призначається технологічний процес. Дискретна технологія Tg і в цьому випадку формально представляється сукупністю двох множин Tg = <A, F>, (10.1) де безліч операндів A - об'єктів обробки - складається з кінцевого безлічі типів елементів A = a1, a2 ,..., ak, над якими можуть виконуватися технологічні дії з кінцевого безлічі типів технологічних дій F = f1, f2 ,..., fn, складових базу технології, в якій жодне з fi не може бути виражене через інше. При проектуванні одиничних техпроцесів в якості елементів безлічі операндів A приймаються типові елементи форми деталі, а складально-зварювальних техпроцесів типові з'єднання. Елементами множини F при цьому є переходи обробки, з'єднані в типові, перевірені на практиці послідовності - технологічні модулі. Завдання формування структури робочого техпроцесу полягає у виборі на основі аналізу даних про виготовленої операнді ai типової ланцюжка переходів <fi1, fi2,...fin>. Таким чином в даному випадку завдання полягає у встановленні набору елементів форми ai і їх властивостей, набору технологічних переходів fi і їх властивостей, а також функціональних зв'язків між ai і технологічними модулями з fi. Набір елементів форми може мінятися від виробництва до виробництва, але має спільне ядро. У табл.10.1 наведено приклад набору елементів форми ai корпусних деталей. Таблиця 10.1 Елементи форми No | Найменування елемента форми | 1 2 3 4 10 15 16 17 | отв. цил. наскрізне отв. цил. глухе (дно плоск.) отв. цил. глухе (дно коніч.) отв. цил. наскрізне з фаскою отв. цил. різьбове наскрізне з фаскою площину відкрита контур зовнішній контур внутрішній |
Технологічна база, що визначає технологічні можливості виробничої системи, містить крім номера типового переходу і його найменування вид використовуваного різального інструменту для подальшого відбору його з бази даних, етап обробки, на якому застосовується перехід, забезпечувані на цьому переході квалітет і шорсткість, а також пріоритет, за яким здійснюється впорядкування переходів при формуванні операції. Для виконання процесу проектування необхідно поставити загальні дані деталі та заготовки, а також дані оброблюваних елементів. Дані елементів форми, використовувані при проектуванні технологічних процесів, наведені в табл.10.3. Вони включають вказівку боку деталі, якій належить елемент, початковий і кінцевий номери елементів даного типу на стороні, найменування конструкторсько-технологічних елементів (площина, отвір гладке, отвір глухе й т.п.) до числа яких належить даний елемент форми. Елемент форми, певний своїм ім'ям, задається величиною Ra шорсткості поверхні і набором розмірів із зазначенням їхніх типів і квалітетів. Таблиця 10.3 Дані елементів форми Ім'я поля | Формат | Найменування | STOR | A1 | сторона деталі | NKTE1 | I3 | номер констр.-технол. елемента (початковий) | NKTE2 | I3 | номер констр.-технол. елемента (кінцевий) | KTE | A19 | конструкторсько-технологічний елемент | EFO | A49 | елемент форми | TRZM1 | A21 | тип розміру 1 | RAZM1 | F7.2 | розмір 1, мм | IT1 | I2 | квалітет розміру 1 | Ra1 | F7.3 | шорсткість Ra поверхні 1 ЕФО, мкм | RZMZG | F7.2 | розмір заготовки, мм | KVZ | I2 | квалітет розмірів заготовки | GRMIZ | A22 | група матеріалу деталі | Gb | F7.2 | тимчасовий опір матеріалу, МПа |
Таблиця 10.4 Типаж розмірів No | Тип розміру | No | Тип розміру | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | діам. нар. (D) діам. внут. (d) лін. ос. нар. (H) лін. ос. внут. (h) лін. нар. (L) лін. внут. (l) рез. мет. (M) кутовий (A) ухил (U) конусность (C) | 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | рез. мет.кон. (MK) рез. трап. (Tr) рез. уп. (S) рез. труб. (G) радий. вип. (R) радий. вог. (r) крок різьби (P) дугового (a) шир. фас. нар. (F) шир. фас. внут. (f) |
Формування структури технологічного процесу виконується базою знань. Ця моделюється за допомогою спрямованого І / АБО графа у вершинах якого розташовуються найменування переходів, послідовність виконання яких визначається дугами. Дуги можуть мати умови, що визначають вибір технології в залежності від властивостей деталі і її заготівлі. Розробка таких баз знань ведеться в системі СПРУТ-ТП і не вимагає від експерта ніяких знань в програмуванні Екран СПРУТ-ТП наведено на рис.10.1. Рис.10.1. Екран формування технологічної бази знань структурного синтезу У лівому верхньому кутку екрану знаходиться функціональна група елементів, призначена для прив'язки методу до об'єкта (рис.10.2). Рис.10.2. Група елементів для прив'язки методу до об'єкта Бібліотека - поточний файл бібліотеки об'єктів. Об'єкт - ідентифікатор (коротке ім'я) поточного об'єкта. Кнопка «¯» - вибір об'єкта з поточної бібліотеки. Ім'я - найменування (довге ім'я) поточного об'єкта. Зверху, по центру екрану знаходиться функціональна група елементів, за допомогою якої встановлюється вид ТП, при проектуванні якого буде застосовуватися даний метод (ріс.10.3). Ріс.10.3. Група елементів встановлення виду ТП Стрілка вниз - вибір виду технологічного процесу. У правому верхньому куті екрану знаходиться функціональна група елементів вказує на етап і операцію в цьому етапі, для якої редагується методом проектується послідовність переходів (ріс.10.4). Ріс.10.4. Група елементів, що вказує на етап і операцію в етапі Вибір етапу та операції здійснюється зі списку 'типових фраз для запису ТП'. Розташовані правіше поля введення служать для вказівки номерів етапу та операції відповідно. У вікні графічного навігатора відображається "І-АБО" граф ТП (ріс.10.5). Ріс.10.5. Граф ТП Редагування "І-АБО" графа ТП здійснюється за допомогою кнопок представлених на ріс.10.6. Ріс.10.6. Кнопки редагування графа ТП Кнопка «Додати перехід» - додати новий перехід як вершину "І-АБО" графа. Після натискання на цю кнопку необхідно у вікні графічного навігатора вказати дугу графа, в яку потрібно додати перехід. Додається перехід вибирається з бібліотеки типових переходів або бібліотеки типових фраз. Кнопка «Встановити зв'язок» - додати дугу можливого переходу. Після натискання на цю кнопку необхідно у вікні графічного навігатора послідовно вказати вершини графа, які повинна з'єднувати створювана дуга. Екран вибору переходу з бібліотеки типових фраз представлений на ріс.10.7. Ріс.10.7. Екран вибору переходу з бібліотеки типових фраз У верхній частині екрана розташований елементи вибору переходу і поле для призначення його номера. Кнопка «Ок» - закінчити процедуру вибору. Редагування переходів, що входять в граф, здійснюється шляхом вибору покажчиком миші цього переходу у вікні графічного навігатора і натискання правої клавіші миші. При цьому обраний перехід виділяється кольором і з'являється меню (ріс.10.8). Ріс.10.8. Редагування переходів, що входять в граф Пункт «Скасування» - відмова від редагування. Пункт «Редагувати» - перехід до вибору конкретного переходу, який здійснюється подібно до цього вибору при додаванні переходу. Пункт «Видалити» - видалення обраного переходу. Редагування переходів (дуг графа) здійснюється шляхом вибору покажчиком миші конкретної дуги у вікні графічного навігатора і натискання правої клавіші миші. При цьому вибрана дуга виділяється кольором і з'являється меню (ріс.10.9). Ріс.10.9. Меню редагування переходів Пункт «Скасування» - відмова від редагування. Пункт «Умови» - перехід до редагування умов обраної дуги. Пункт «Видалити» - видалення обраної дуги. Результати проектування заносяться в табл.10.5, яка є продовженням табл.10.3. Таблиця 10.5 Технологічні дані обробки елементів форми Ім'я поля | Формат | Найменування | Ntp | I3 | номер типового переходу | RZMOB | F7.2 | оброблюваний розмір (розрахунковий), мм | Dinr | F7.3 | діаметр різального інструменту (розрахунковий), мм | Sper | A29 | зміст переходу | VIDIN | A28 | вид ріжучого інструменту | ETAP | A12 | етап обробки | KVOB | I2 | квалітет обробки | RaOB | F7.3 | шорсткість Ra обробки, мкм | PRIOR | I3 | пріоритет |
На підставі отриманих даних формується запит до бази даних ріжучого інструменту. Технологу на екран виводиться інформація про інструмент, який може бути використаний для виконання переходу. При наявності інструменту він вибирає один з допустимих, а за відсутності формує запит на його проектування. Дані інструменту приєднуються до отриманих раніше і використовуються для розрахунку режимів обробки. Цей розрахунок проводиться за допомогою баз знань, побудованих також на блоках прийняття рішень. На цьому закінчується проектування технології обробки одного елемента форми. Після завершення подібних проектних процедур для всіх елементів форми проводиться упорядкування послідовності переходів за пріоритетами. Технолог може управляти цим процесом, редагуючи пріоритети на власний розсуд. У результаті формується закінчений операційний технологічний процес. Щоб розрахувати керуючу програму для верстата з ЧПУ потрібно до технологічних даними, отриманим вищеописаним способом, додати геометричні дані кожного елемента форми. У табл.10.6 наведено класифікацію згаданих геометричних даних. Таблиця 10.6 Геометрична класифікація галузей виконання технологічних переходів Оброблюваної області | Однозв'язна | Багатозв'язних | Одномірні | Прямолінійні | Обробка отвори | Обробка співвісних отворів в декількох стінках |
| Непрямолінійних | Точіння і раста- чування контуру | Фрезерування контурів кишені з бобишками | Двовимірні | На площині | Точіння і розточування зони обробки | Фрезерування кишені з бобишками |
| На криволінійної поверхні | Фрезерування кишені без бобишек | Фрезерування кишені з бобишками |
Мова СПРУТ для представлення технологічних вихідних даних Функціональна схема системи автоматизованого програмування (САП) для верстатів з ЧПК наведена на ріс.10.10. Ріс.10.10. Функціональна схема САП Робота системи відбувається в два етапи. На першому етапі вихідна програма на вхідній мові системи, що описує геометрію деталі на геометричному мовою і технологічні команди її обробки перетворюється в проміжну програму на стандартному мовою CLDATA. Проміжна програма не прив'язана до особливостей конкретного верстата з ЧПУ і його системи управління. На другому етапі проміжна програма перетвориться в керуючу програму для конкретного верстата. Технологічні оператори мови СПРУТ наведені в табл.10.7. Таблиця 10.7 Технологічні оператори СПРУТ ЕЛЕМЕНТ ОПЕРАЦІЙНОГО ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ | ОПЕРАТОР СПРУТ | Перехід основний
| Свердління, Центрування G81 | DRILL Za {, n | MMPRm}, Zf {, Zp} |
| Зенкование G82 | FACE Za {, n | MMPRm}, Zf {, Zp}, DWELL h |
| Резьбонарезании G84 | TAPP Za {, n | MMPRm}, Zf {, Zp} |
| Розгортання G85 | BORE5 Za {, n | MMPRm}, Zf {, Zp} |
| Розточування автоматичне G86 | BORE6 Za {, n | MMPRm}, Zf {, Zp}
|
| Розточування з ручним висновком G87 | BORE7 Za {, n | MMPRm}, Zf {, Zp}
|
| Розточування з вистоїмо і ручним висновком G88 | BORE8 Za {, n | MMPRm}, Zf {, Zp}, DWELL h
|
| Розточування з вистоїмо і автом. висновком G89 | BORE9 Za {, n | MMPRm}, Zf {, Zp}, DWELL h
|
| Глибоке свердління з висновками | DEEP Za {, n | MMPRm}, Zf, Zl, Zi {, Zp}
|
| Глибоке свердління з відводами | BRKCHP Za {, n | MMPRm}, Zf, Zl, Zi {, Zp,} DWELL h |
| Черновое обточування Черновое розточування Чорнова підрізка Чорнова прорізка | ROUG Ki, Pi {, Pj} {, CLEARP d}, STEP t {, Mm} {, Aa} {, OVS o}, FR fp.x. , FR fx.x. {, FACE} {, INT} |
| Чистове обточування Чистове розточування Чистова підрізка Чистова прорізка | TURN {Mm | Rr,} Ki {, Mm | Rr} {, NOECV} {, RGT} {, OVS o} {, POCK} {, FRf} {{, ROLL} {, Rr}}
|
| Черновое фрезерування площин Чистове фрезерування площин | POCK Ki, {Kj ,..., Kn,} Aa {, Pp} {, OVS o} {, OVTp} {, RGT} {, Zx.x.} {, Zp.x.} {, STEP s} {, FR fp.x.} {, FR fx.x.} |
|