Информационные и процедурные модели поддержки принятия решений для автоматизированной системы технологической подготовки производства изделий из металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ПРОЦЕДУРНЫЕ МОДЕЛИ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ

Специальность 05.25.05 - Информационные системы и процессы, правовые аспекты информатики (технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЗИМНУХОВА Жанна Евгеньевна

Тамбов 2008

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированное проектирование технологического оборудования» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Немтинов Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Павлов Владимир Иванович;

кандидат технических наук Королева Наталия Александровна

Ведущая организация Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится «__» ________ 2008 г. в час. мин. на заседании диссертационного совета Д 212.260.05 Тамбовского государственного технического университета по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, Большой зал.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, ТГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.05 З.М. Селивановой.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «___» _____________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, доцент З.М. Селиванова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и состояние проблемы. В настоящее время широко применяются интегрированные системы компьютерного проектирования и технологической подготовки производства. Применение их значительно повышает эффективность труда конструктора и технолога, автоматизируя рутинные операции проектирования и оформления документации для конкретно принятого варианта технологического процесса. Однако при этом остается нерешенной задача получения оптимального варианта (или нескольких близких к оптимальному вариантов) технологического процесса для реальных условий производства изделий из металлов.

Решение данной задачи возможно на основе использования автоматизированной информационной системы (АИС) поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов, основной функцией которой является исследование основных параметров технологических процессов, включая информационный, экономический и технологический анализ. В свою очередь, возможность создания АИС поддержки принятия проектных решений с высоким уровнем интеллектуализации обработки информации определяется: развитием научных и методологических основ конструирования и производства машиностроительных изделий; применяемыми математическими методами и моделями, информационными технологиями, программным обеспечением и техническими средствами.

В связи с этим, выполненная работа посвящена разработке информационных и процедурных моделей поддержки принятия решений для автоматизированной системы технологической подготовки производства, используемой при решении задач проектирования экологически безопасных технологических процессов производства изделий из металлов.

Результаты, полученные автором, базируются на достижениях многих научных школ. Решению проблемы автоматизированного проектирования в области машиностроения большое внимание уделяли ведущие отечественные ученые: академики Ю.А. Соломенцев, И.Д. Спасский, профессора В.В. Павлов, Е.И. Артамонов, Е.Н. Малыгин, Н.М. Капустин и др. Среди ведущих ученых в области теории информатики и АИС следует отметить академиков А.А. Самарского, А.П. Ершова, В.В. Кочетова, профессоров Р.С. Гиляревского, А.В. Соколова.

Настоящая работа выполнялась: в соответствии с координационным планом Межвузовской НТП «Ресурсосберегающие технологии машиностроения» на период 1996 - 1997 гг., по хоздоговорным планам НИР Тамбовского государственного технического университета в 1999 - 2006 гг., а также по программе гранта РФФИ № 06-08-96352-р_центр_а.

Объектом исследования в работе является автоматизированная информационная система поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов производственных технических систем.

Предметом исследования являются математические методы и модели, лежащие в основе поддержки принятия решений для автоматизированной системы проектирования технологических процессов одного класса технических систем (на примере машиностроительных производств).

Целью работы является разработка информационных и процедурных моделей поддержки принятия решений для автоматизированной системы технологической подготовки производства, использование которой позволит значительно сократить трудозатраты специалистов и обеспечить формирование экономичных и экологически безопасных технологических процессов производства изделий из металлов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1 Провести анализ существующих АИС поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов производственных технических систем.

2 Разработать технологию поддержки принятия решений для автоматизированной системы технологической подготовки производства изделий из металлов, учитывающую специфику реализации технологических процессов на машиностроительном производстве.

3 Разработать структуру базы данных для хранения символьной и цифровой информации об объектах проектирования (изделиях из металлов), относящейся к производственному процессу их жизненного цикла.

4 Разработать информационно-логическую и процедурную модели принятия решения для проектирования технологических процессов одного класса технических систем.

5 Разработать программное обеспечение АИС поддержки принятия решения задач проектирования технологических процессов производства машиностроительных изделий.

Научная новизна. 1) На базе системного анализа и методов математического моделирования разработана технология поддержки принятия решений, отличающаяся применением теории иерархических систем при управлении процессом проектирования технологических процессов для класса технических систем сложной структуры, для которых при получении целевой продукции могут быть использованы различные технологии, виды оборудования, приспособлений и вспомогательных материалов. цифровой информация проектирование модель

2) Разработана обобщенная информационно-логическая модель технологических процессов технических систем сложной структуры, представляющая собой объединение множеств данных и локальных моделей стадий технологических процессов, включающая в себя информационные массивы данных о назначении и качественных показателях целевой продукции, особенностях проектирования и реализации технологических процессов, технической оснащенности предприятия и др. Отличительной чертой обобщенной информационно-логической модели технологических процессов является ее многоуровневая структура, учитывающая с помощью продукционных правил детальную совокупность взаимосвязей между всеми элементами технологий.

3) Разработана обобщенная процедурная модель АИС поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов класса технических систем, отличающаяся тем, что при пошаговом конструировании решения с учетом значимости и категорийности выходных переменных для дальнейшего анализа использует либо все их значения, либо только те, которые попадают в окрестность “оптимистичных” значений локального критерия, либо единичные значения - для наименее значимых переменных.

На защиту выносятся основные положения:

1 Технология поддержки принятия решений для класса технических систем сложной структуры, для которых при получении целевой продукции могут быть использованы различные технологии, виды оборудования, приспособлений и вспомогательных материалов.

2 Обобщенная информационно-логическая модель технологических процессов сложных технических систем, обладающая многоуровневой структурой и позволяющая с помощью продукционных правил увязать все элементы производственной технологии.

3 Обобщенная процедурная модель АИС поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов рассматриваемого класса технических систем с последующей детализацией для решаемых в работе задач.

Методы исследования. При решении задач использовались методы математического моделирования, методов системного анализа и дискретного программирования.

Практические результаты работы. На основе предложенной технологии, разработанных информационно-логических моделей технологических процессов и процедурных моделей принятия решений для проектирования технологических процессов производства изделий из металлов создано программное обеспечение АИС, включающее пакеты программ автоматизированного выбора: марки металла, вида и способа получения заготовки в зависимости от характера упрочнения для изделий машиностроения; экономичного экологически безопасного технологического процесса, оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов и режимных параметров для упрочняющей обработки, а также электронные каталоги: марочника металлов, технологических процессов упрочняющей обработки, технологического оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов, норм оплаты работ и др.

Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты работы использованы при решении задач проектирования технологических процессов машиностроительного производства ЗАО «Завод Тамбовполимермаш» г. Тамбов, ОАО «Завод подшипников скольжения» г. Тамбов и ОАО «Первомайскхиммаш» пгт. Первомайский Тамбовской области, что подтверждено справками о внедрении.

Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальные результаты обсуждались на 4-той и 5-той Тамбовской межвузовской конференции «Актуальные проблемы информатики и информационных технологий» (Тамбов, 2000, 2001 гг.), VII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых СТТ-2001 «Современные техника и технологии» (Томск, 2001 г.), I, II Международных научных конференциях и выставке CAD/CAM/PDM «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта» (ИПУ РАН, Москва, 2001, 2002 гг.), Международной научно-технической конференции «Современные системы управления предприятием - CSBC'2001» (Липецк, 2001 г.), Международной научно-практической конференции “Теория активных систем”, (ИПУ РАН, Москва, 2001 г.), III Международной научно-технической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении» (Николаев, 2002 г.), III Международной научно-практической конференции «Глобальный научный потенциал» (Тамбов, 2007 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе статьи в центральных журналах, доклады на конференциях различного уровня. В основном все научные результаты получены автором. Вклад автора диссертации в работы, выполненные в соавторстве и содержащиеся в них результаты, состоит в постановке задач, разработке теоретических положений, а также - в непосредственном участии на всех этапах прикладных исследований.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Материал изложен на 192 страницах основного текста, содержит 29 рисунков и 37 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована цель работы, обоснована ее актуальность, научная новизна и практическая значимость. Дается общая характеристика содержания диссертационной работы, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ математических методов и информационных систем для проектирования технологических процессов промышленных производств» представлен анализ существующих моделей и методов решения задач проектирования технологических процессов (ТП) производства изделий из металлов. Осуществлен обзор существующих АИС для решения задач проектирования ТП производственных технических систем. На основании проведенного анализа сформулированы выводы, в частности отмечены общие недостатки АИС, используемых при конструировании и разработке ТП производства изделий из металла, а именно, отсутствие возможности:

- представления всей совокупности задач проектирования ТП машиностроительного производства (автоматизированного выбора марки металла, способа получения и вида заготовки в зависимости от вида упрочнения; автоматизированного выбора ТП, оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов и режимных параметров для механообработки; автоматизированного выбора ТП, оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов и режимных параметров для упрочняющей обработки) в виде единого комплекса с использованием теории сложных систем и, как следствие, отсутствие единой информационной базы;

- комплексного оценивания (с экономических, экологических и технологических позиций, а также с учетом профессионального риска) конструкторских и технологических решений; а также интеллектуализации обработки информации в известных АИС.

Это приводит к тому, что не удается рассмотреть все многообразие альтернативных вариантов ТП, применяемых на всех этапах изготовления изделий из металла, и выбрать среди них вариант, оптимальный с различных позиций. Исходя из этого, сформулированы основные задачи исследования.

Вторая глава «Разработка технологии поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов класса производственных систем сложной структуры (на примере машиностроительных производств)» посвящена созданию элементов технологии поддержки принятия решений для класса технических систем, для которых при получении целевой продукции могут быть использованы различные технологии, виды оборудования, приспособлений и вспомогательных материалов, увеличивающей уровень интеллектуализации обработки информации в данной области исследования, а также разработке обобщенных: информационно-логической модели (ИЛМ) ТП и процедурной модели автоматизированной системы поддержки принятия решений для проектирования ТП класса технических систем.

Основу технологии поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов производственных технических систем (ПТС) составляет реализация возможности представления всей совокупности решаемых задач с позиций теории иерархических систем на всех этапах принятия конструкторско-технологических решений и их комплексной оценки.

Комплекс особо значимых задач, решаемых АИС, при проектировании ТП технической системы на примере производства изделий из металлов представлен в виде иерархической структуры (см. рис.1).

Используя терминологию теории систем, автоматизированную систему поддержки принятия решений для проектирования ТП машиностроительного производства можно представить как отношение на декартовом произведении множеств:

- множество решений задачи проектирования ТП производства изделий из металлов;

- множества управляющих сигналов для процесса конструирования в задачах (выбора материла и вида его упрочнения, вида заготовки, определения характеристик допустимого метода получения заготовки, наборов оборудования и вспомогательных материалов, а также технологических операций для обработки детали и других) нижнего уровня, например, геометрические размеры детали, технологические свойства и прочностные характеристики детали и другие;

- множества информационных сигналов о решении локальных задач, например, свойства выбранных марок стали; ТП механической и упрочняющей обработок; типы, характеристики станочного оборудования и печей для упрочняющей обработки; величины критериев локальных задач оптимизации и другие;

- множества координирующих сигналов для локальных задач нижестоящих уровней, например, категория значимости и серийность детали, наличие металла на складе, длительности отдельных ТП упрочняющей обработки, времени пребывания деталей в печи, норма загрузки деталей в печь и другие.

Рис. 1 Структурная схема подзадач, решаемых АИС, при проектировании технологических процессов производства изделий из металлов

Наличие множеств различных критериев оптимальности при принятии решений этих задач привело к необходимости использования методов многокритериальной оптимизации. При этом в каждом конкретном случае решаются проблемы выбора: альтернативных вариантов; методов решения задачи с учетом оценки вариантов по всем рассматриваемым критериям; принципа нормализации, приводящему все критерии к единому масштабу измерения и позволяющего производить их сопоставления; принципа учета приоритета, позволяющего отдавать предпочтение более важным, по мнению технологов, критериям.

В формализованном виде задача проектирования ТП ПТС заключается в поиске минимума целевой функции :

, (1)

при выполнении:

детерминированных ограничений на выходные переменные

, (2)

функциональных ограничений

, (3)

ограничений на значения показателей технологических процессов ПТС

, , (4)

операторов, описывающих математические модели поддержки принятия решений для проектирования ТП ПТС:

, . (5)

Здесь - соответственно минимальные и максимальные значения в ограничениях (2) и (3); - соответственно количество детерминированных и функциональных ограничений; - некоторые функции от , заданные в явном виде; - соответственно значения показателей технологических процессов изготовления детали (процент брака, технологичность и т.п.) и их заданные значения; - соответственно количества показателей, для которых задается условие (4); - функциональный оператор; - множество данных; - количество функциональных операторов; - количество множеств данных.

Задача (1) - (5) относится к классу задач дискретного программирования. Из-за высокой размерности задачи и традиций организации труда для многих классов ПТС, в том числе и машиностроительных производств, она, в соответствии с разработанной структурной схемой, разбивается на ряд подзадач меньшей размерности.

Обобщенный критерий можно записать как

, (6)

где - весовые коэффициенты,

; (7)

- взвешенные потери по -му критерию; - монотонные функции, преобразующие каждую функцию цели к безразмерному виду.

, ,

где и - соответственно наибольшее значение минимизируемых и наименьшее значение максимизируемых функций , на множестве допустимых альтернатив , - оптимальное значения функций цели , .Значения лежат в пределах от 0 до 1.

Для выбора единственного решения в задаче принятия сложного решения требуется задать весовые коэффициенты , удовлетворяющие соотношению (7) и отражающие относительную важность функций цели , . Наиболее эффективными подходами к определению этого предпочтения являются методы ранжирования и приписывания баллов.

Для формализованного описания информационных массивов данных, необходимых при решении описанных выше задач, создана структурированная база данных. Структура данных области исследования отображается ИЛМ технологического процесса ПТС рассматриваемого класса и представляет собой объединение множеств данных, локальных моделей стадий ТП и связей между ними. ИЛМ представлена следующим кортежем

, (8)

где - оператор ИЛМ, - множество локальных моделей, - множество данных ИЛМ, - множество правил модели .

Каждая локальная модель, в свою очередь, описывается кортежем аналогичной формы. Локальная модель нижнего уровня включает в себя множества данных и связей между ними в виде правил.

, (9)

где - множество правил модели .

В свою очередь, правила, входящие в ИЛМ, построены по типу: если … (условия выполняются), то … (реализация следствия), и в формализованном виде описываются следующим образом:

, (10)

где - обозначение условия “если”, - обозначение следствия “то”, , - арифметический оператор ИЛМ, - логический оператор ИЛМ, - соответственно входные и выходные данные модели , - множество значений входных данных , - значение для выходных данных , - количество условий.

В тех случаях, когда множество вариантов решений не превышает 10⁴, то, учитывая быстродействие современных ПЭВМ, искомое решение можно находить методом полного перебора вариантов. При более высокой размерности задач предлагается процедурная модель, общая схема реализации которой основана на последовательном анализе и отсеивании части элементов, составляющих вариант решения, путем исключения бесперспективных, как по ограничениям, так и по целевой функции.

Исходя из специфики проектирования ТП для данного класса технических систем, все выходные переменные должны быть разбиты на три категории. К первой категории относятся выходные переменные, для которых при формировании множества вариантов решения используются все их возможные значения. Вторая категория объединяет выходные переменные, для которых при формировании множества вариантов решения используются только те значения, которые попадают в окрестность “оптимистичных” значений локального критерия. Данная окрестность определяется следующим правилом: , где - коэффициент задаваемый лицом, принимающим решение (ЛПР) для формирования окрестности “оптимистичных” значений локального критерия ; - значение критерия для -го варианта формирования значений выходных переменных; - множество их допустимых значений. В третью категорию попадают наименее значимые выходные переменные, для которых при формировании множества вариантов решения используется лишь одно значение выходной переменной.

При проектировании ТП деление на категории осуществляется ЛПР в процессе формирования множества вариантов решения задачи.

Схема реализации процедурной модели приведена на рис.2.

Третья глава «Разработка информационных и процедурных моделей поддержки принятия решений для автоматизированной системы технологической подготовки производства изделий из металлов» посвящена детальному описанию информационных и процедурных моделей для класса машиностроительных производств, которые были использованы для разработки программного обеспечения АИС.

Для практического решения задачи, в соответствии с иерархической структурой, заменим общую задачу оценки технико-экономической эффективности и экологической безопасности проектирования процессов производства изделий из металлов последовательным рассмотрением подзадач меньшей размерности, обозначенных на рис. 1 цифрами 1, 2, 3, имеющих и самостоятельное значение в процессе принятия решений на этапе технологической подготовки машиностроительного производства.

В случае отсутствия решения на каждом следующем этапе проектирования ТП ЛПР, выбирается другой «оптимистичный» вариант решения задачи предыдущего этапа.



Рис. 2 Схема реализации процедурной модели автоматизированной системы поддержки принятия решений

В работе предлагается следующая постановка задачи 1. Для конструируемой детали, с заданными геометрическими размерами и весом , а также условиями эксплуатации , серийностью производства и категорией значимости (степенью ответственности) на множестве найти такой вариант , для которого стоимость получения заготовки из выбранных марки стали с соответствующей упрочняющей обработкой имеет минимальное значение. Множество представляет собой декартово произведение подмножеств допустимых видов: материалов, используемых для изготовления детали ; упрочняющей обработки, обеспечивающих заданные показатели качества изделия ; заготовок ; способов получения заготовок и вспомогательных материалов для проведения методов получения заготовок .

В формализованном виде задача заключается в поиске минимума целевой функции при выполнении: ограничений на эксплуатационные свойства и прочностные характеристики изделия; оператора, представляющего математическую модель поддержки принятия решений для проектирования ТП получения заготовки .

Здесь: - стоимость материала, используемого для изготовления детали; - трудозатраты; - стоимость вспомогательных материалов; - стоимость обработки (снятие технологических прибылей); - коэффициент, учитывающий срок службы детали; - транспортные расходы на доставку металла от поставщика на склад предприятия; - стоимость риска ущерба здоровью, обусловленного работой в неблагоприятных условиях труда; - множество допустимых решений задачи 1.

Для формализованного описания информационных массивов данных и связей между ними в соответствии со схемой построения ИЛМ (9)-(10) предложена 2-х уровневая модель ТП, включающая в себя две локальные модели, совокупность данных о способах получения и видах заготовок, стойкости материала, условиях эксплуатации, марочника сталей, процессах механической и упрочняющей обработок и т.д., а также продукционные правила. Локальные ИЛМ описывают данные и связи между ними, которые используются при определении марки материала и вида упрочняющей обработки. Приведем для примера несколько правил, записанных в формализованном виде: ((категория значимости ) (класс деталей ) (группа деталей )) (способ получения заготовки ); ((способ приложения нагрузки ) (время приложения нагрузки ) (среда ) (диапазон температур )) (вид химико-термической обработки ).

Процедурная модель принятия решений задачи включают ряд эвристических процедур, реализованных в соответствии с обобщенной процедурной моделью, описанной в главе 2 (см. рис.2). Исходя из специфики проектирования ТП машиностроительного производства, к выходным переменным первой категории отнесены: способ и метод получения заготовки, марка материала и вид упрочняющей обработки, ко второй - вид заготовки, а к третьей категории - вид вспомогательных материалов для проведения методов получения заготовки.

В связи с тем, что постановка задач 2 и 3 и модели принятия их решений во многом совпадают, то ограничимся детальным рассмотрением задачи 3, а именно, задачи выбора ТП, оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов и режимных параметров для упрочняющей обработки.

Для конструируемой детали с заданными геометрическими размерами и весом , серийностью производства , а также выбранным видом упрочняющей обработки и маркой материала на множестве найти такой вариант , для которого критерий оптимальности имеет минимальное значение. Множество представляет собой декартово произведение подмножеств ТП для выбранного вида упрочняющей обработки , допустимых наборов оборудования и приспособлений и видов вспомогательных материалов при выполнении ограничений для: ТП на температурный режим; материала детали на глубину слоя химико-термической обработки (ХТО); оборудования на габаритные размеры упрочняемой детали; приспособления на вес упрочняемой детали и оператора, представляющего математическую модель поддержки принятия решений для проектирования ТП упрочняющей обработки , где - множество допустимых решений задачи 3.

В большинстве работ используется экономический критерий, однако наряду с экономическими показателями не менее важными являются другие количественные и качественные показатели, такие как - оценка варианта на процент брака при изготовлении машиностроительных деталей, технологичность совокупности процессов их изготовления и надежность используемого оборудования. Поэтому в данной работе задача 3 является многокритериальной задачей.

Критерий надежности оборудования для реализации совокупности процессов упрочняющей обработки. Надежность работы оборудования определяется как свойство оборудования выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического применения, технического обслуживания и ремонтов.

(11)

где - вероятность безотказной работы оборудования при проведении- го процесса упрочняющей обработки, - количество видов ТП для выбранного вида упрочняющей обработки.

Форма записи критерия технологичности и оценки процента брака при проведении ТП упрочняющей обработки деталей подобна (11).

Для каждого варианта решения задачи 1, принадлежащего области «оптимистичных» значений критерия , решается задача автоматизированного выбора ТП, оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов и режимных параметров для упрочняющей обработки. Для решения задачи предложены информационно-логическая и процедурная модели принятия решений, которые во многом аналогичны используемым в задаче 1. При реализации процедурной модели к выходным переменным первой категории отнесены: вид упрочняющей обработки и вид оборудования, ко второй - вид приспособления, а к третьей категории - вид вспомогательных материалов для проведения упрочняющей обработки.

Результатом решения задачи является маршрутная карта ТП упрочняющей обработки конструируемой детали.

Помимо этих задач в общую схему задач проектирования ТП производства изделий из металлов включается и задача 2, которая в данной работе не рассматривается, так как результаты ее решения не оказывают существенного влияния на эксплуатационные свойства материала детали. Затраты, связанные с реализацией процессов механической обработки конструируемой детали, определялись нами с использованием программно-методического комплекса системы автоматизированного проектирования ТП механической обработки, разработанного «БелОргСтанкинПром».

Четвертая глава «Практическая реализация информационных и процедурных моделей поддержки принятия решений» посвящена разработке программного обеспечения АИС для поддержки принятия решений поставленных выше задач.

В основу построения программного обеспечения системы положены принципы структурного программирования: модульности и децентрализации управления. Отдельные части программного обеспечения выделены в виде блоков. Это позволяет повысить надежность всей системы в целом, упрощает его дальнейшее совершенствование. Каждый блок реализует решение отдельной задачи. Разрабатываемая система, представляющая собой совокупность технических, информационных и методических средств, обеспечивает: интерактивный режим организации вычислительного процесса; автоматизацию решения задач; контроль достоверности и полноты информации на этапах ее ввода, хранения и вывода; организацию вывода цифровой, текстовой и графической информации. При разработке программных модулей за основу взят типовой набор технических средств ПЭВМ Pentium III. В качестве базовой системы программирования бала выбрана СУБД Clipper.

С помощью АИС, реализующей разработанные информационно-логические и процедурные модели, осуществлено решение ряда практических задач проектирования ТП производства изделия из металлов, в частности: форматоров-вулканизаторов (ФВ2-130-940-185/280, ФВ1-500-1800-305, ФВ2-140), редукторов (МР2-315, МПО1М-10, МПО2М-15Щ, МПО2-18) и др. на ЗАО «Завод Тамбовполимермаш», установки подземного и капитального ремонта скважин УРАН -20.1, предназначенной для проведения технологических и ремонтно-восстановительных работ на нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах на ОАО «Первомайскхиммаш» и др. Детально работа АИС проиллюстрирована при конструировании и производстве форматора-вулканизатора ФВ 2-140 при решении:

- задачи 1 для накладки с категорией значимости - особо ответственная, весом кг, геометрическими размерами : (диаметр мм, толщина мм), серийностью производства штук в год (мелкосерийное), способом приложения нагрузки , временем приложения нагрузки и средой с результатами решения: марка стали - 40Х, способ получения заготовки - фасонная поковка из проката мм, мм и видом ХТО - азотирование;

- задачи 3 для пальца с геометрическими размерами: наружным диаметром мм, внутренним диаметром мм, длиной мм, весом кг, маркой стали 12ХН3А, серийностью производства штук в месяц и видом ХТО - цементация с техническими условиями: глубина слоя мм, твердость с результатами решения в виде маршрутно-технологической карты с реализацией процесса ХТО - цементация твердая в печи СШО-8.18/10-ИЗ с приспособлением - корзина.

В приложении к диссертации приведены описания и результаты решения отдельных практических задач, документы, подтверждающие внедрение результатов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 На базе системного анализа и методов математического моделирования разработана технология поддержки принятия решений, отличающаяся применением теории иерархических систем при управлении процессом проектирования технологических процессов для класса технических систем сложной структуры, для которых при получении целевой продукции могут быть использованы различные технологии, виды оборудования, приспособлений и вспомогательных материалов.

2 Разработана обобщенная информационно-логическая модель технологических процессов технических систем сложной структуры, представляющая собой объединение множеств данных и локальных моделей стадий технологических процессов, включающая в себя информационные массивы данных о назначении и качественных показателях целевой продукции, особенностях проектирования и реализации технологических процессов, технической оснащенности предприятия и др. Отличительной чертой обобщенной информационно-логической модели технологических процессов является ее многоуровневая структура, учитывающая с помощью продукционных правил детальную совокупность взаимосвязей между всеми элементами технологий.

3 Разработана обобщенная процедурная модель АИС поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов класса технических систем, отличающаяся тем, что при пошаговом конструировании решения с учетом значимости и категорийности выходных переменных для дальнейшего анализа использует либо все их значения, либо только те, которые попадают в окрестность “оптимистичных” значений локального критерия, либо единичные значения - для наименее значимых переменных.

4 На основе предложенной технологии, разработанных информационно-логических моделей ТП и процедурных моделей принятия решений для проектирования ТП производства изделий из металлов создано программное обеспечение АИС, включающее пакеты программ автоматизированного выбора: марки металла, вида и способа получения заготовки в зависимости от характера упрочнения для изделий машиностроения; экономичного экологически безопасного ТП, оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов и режимных параметров для упрочняющей обработки, а также электронные каталоги: марочника металлов, ТП упрочняющей обработки, технологического оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов, норм оплаты работ и др.

5 Теоретические и практические результаты работы использованы при решении задач проектирования ТП машиностроительного производства ЗАО «Завод Тамбовполимермаш» г. Тамбов, ОАО «Завод подшипников скольжения» г. Тамбов и ОАО «Первомайскхиммаш» пгт. Первомайский Тамбовской области, что подтверждено справками о внедрении.

Основные результаты работы представлены в следующих публикациях

1. Зимнухова, Ж.Е. Решение проблемы оптимального синтеза технологических процессов сложных систем / Е.Н. Малыгин, В.А. Немтинов, Ж.Е. Зимнухова, Ю.В. Немтинова // Вестник ТГУ. Серия: Естественные технические науки. Т.7, вып. 2, 2002. С. 242 - 245

2. Zimnukhova, Zh. Computer-aided Synthesis of Ecologically Safe Processes of Chemicothermal Treatment of Workpieces from Metals / E. Malygin, V. Nemtinov, Zh. Zimnukhova, Yu. Nemtinova // Transactions of the Tambov State Technical University, 2002. V. 8, № 3. P. 518 - 524.

3. Зимнухова, Ж.Е. Автоматизированный выбор метода получения заготовки для машиностроительных изделий / В.А. Немтинов, Ж.Е. Зимнухова, Е.С. Егорова // Актуальные проблемы информатики и информационных технологий: тез. докл. 4-й Тамб. межвуз. конф. Тамбов, 2000. С. 51 - 52.

4. Зимнухова, Ж.Е. Автоматизированная система технологической подготовки производства изделий химического машиностроения / В.А. Немтинов, Ж.Е. Зимнухова, Е.С. Егорова // Успехи в химии и химической технологии: тез. докл. XIV Междунар. конф. мол. ученых МКХТ-2000. Москва, 2000. С. 71-72.

5. Зимнухова, Ж.Е. Автоматизированный выбор марки металла, способа получения заготовки и вида заготовки в зависимости от вида упрочнения для изделий машиностроения / В.А. Немтинов, Ж.Е. Зимнухова // Современные техника и технологии: тез. докл. VII Междунар. научно-практ. конф. студентов, аспирантов и мол. ученых СТТ-2001. Томск: Изд. ТПУ, 2001. Т. 1. С. 336 - 339.

6. Зимнухова, Ж.Е. Автоматизация процесса технологической подготовки машиностроительного производства / Е.Н. Малыгин, В.А. Немтинов, Ж.Е. Зимнухова // Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта: докл. Междунар. конф. CAD/CAM/PDM-2001. М., 2001. С. 301 - 310.

7. Зимнухова, Ж.Е. Проектирование отдельных этапов жизненного цикла машиностроительных изделий / Е.Н. Малыгин, В.А. Немтинов, Н.П. Зимнухова, Ж.Е. Зимнухова // Современные системы управления предприятием CSBC'2001: тр. Междунар. науч.-техн. конф. Липецк, 2001. С. 109 - 113.

8. Зимнухова, Ж.Е. Использование CALS-технологии в машиностроении / В.А. Немтинов, Ж.Е. Зимнухова // Актуальные проблемы информатики и информационных технологий: тез. докл. 5-й Тамб. межвуз. конф. Тамбов, 2001. С. 17 - 19.

9. Зимнухова, Ж.Е. О подходе к решению задач технологической подготовки машиностроительного производства / Ж.Е. Зимнухова, Ю.В. Немтинова // Теория активных систем: тр. Междунар. науч.-практич. конф. в двух томах. Москва: ИПУ РАН, 2001. Т. 2. С. 83 - 85

10. Зимнухова, Ж.Е. Учет факторов экологической безопасности и профессионального риска на этапе технологической подготовки машиностроительного производства / Е.Н. Малыгин, В.А. Немтинов, Ж.Е. Зимнухова, Ю.В. Немтинова // Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта: докл. Междунар. конф. и выставки CAD/CAM/PDM-2002. Москва, 2002. Т. 2. С. 428 - 435.

11. Зимнухова, Ж.Е. Решение вопросов энергосбережения на ранних этапах принятия решения в машиностроительном производстве / В.А. Немтинов, Ж.Е. Зимнухова // Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении: материалы III Междунар. науч.-техн. конф. Николаев: УГМТУ. 2002. С. 202-203.

12. Zimnukhova, Zh. Ecological Safety of the Processes Chemico-Thermal Treatment of metal Workpieces. / V. Nemtinov, Zh. Zimnukhova // The Second International Conference on Ecological Chemistry. Chisinau: Republic of Moldova, 2002. P. 281 - 282.

13. Зимнухова, Ж.Е. Теоретико-методологический подход к автоматизированному синтезу экологически безопасных процессов химико-термической обработки деталей машин и агрегатов / Ж.Е. Зимнухова // Глобальный научный потенциал: материалы 3-ей Междунар. научно-практ. конфер. Тамбов: ТГТУ, 2007. С. 83 - 84.

14. Зимнухова, Ж.Е. Пакет программ для автоматизированного выбора технологического процесса, оборудования приспособлений, вспомогательных материалов и режимных параметров для упрочняющей обработки изделий из металлов / В.А. Немтинов, С.Я. Егоров, Ж.Е. Зимнухова // Программа зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ. № ОФАП - 9223 от 01.10.2007; № ВНТИЦ - 50200702240 от 24.10.2007.

15. Зимнухова, Ж.Е. Электронный справочник характеристик металлов / В.А. Немтинов, С.Я. Егоров, Ж.Е. Зимнухова // Программа зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ. № ОФАП - 9320 от 22.10.2007; № ВНТИЦ - 50200702301 от 09.11.2007.

Размещено на Allbest.ru