Размещено на http://www.allbest.ru/

Український державний морський технічний університет імені адмірала Макарова

Розробка принципів та методів автоматизації проектування технологічних процесів корпусообробного виробництва

05.08.04 - Технологія суднобудування та судноремонту

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Григорян Тігран Георгійович

Миколаїв - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному морському технічному університеті імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України (м. Миколаїв).

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент Фатєєв Микола Володимирович, Український державний морський технічний університет імені адмірала Макарова, завідувач кафедри основ підприємництва та управління виробництвом.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Рашковський Олександр Саулович, Український державний морський технічний університет імені адмірала Макарова, завідувач кафедри технології суднобудування;

кандидат технічних наук, доцент Герасимович Леонід Михайлович, Херсонський економіко-правовий інститут, завідувач кафедри зовнішньоекономічної діяльності.

Провідна установа: Одеська державна морська академія Міністерства освіти і науки України, м. Одеса

Захист відбудеться " 21 " жовтня 2002 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 38.060.01 Українського державного морського технічного університету імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України за адресою 54025, м. Миколаїв, пр. Героїв Сталінграда, 9.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського державного морського технічного університету імені адмірала Макарова, м. Миколаїв, пр. Героїв Сталінграда, 9.

Автореферат розісланий " 17 " вересня 2002 р

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук, професор Квасницький В.Ф.

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи обумовлена наступним. Конкурентоспроможність суднобудівних підприємств у значній мірі залежить від продуктивності і якості їх системи технологічної підготовки виробництва (ТПВ). Для забезпечення високого рівня ТПВ необхідно створювати і впроваджувати інтегровані системи, які дозволяють у стислі терміни отримувати високоякісні рішення на всіх етапах виробництва.

На суднобудівних підприємствах України проектування технологічних процесів (ТП), яке є однією з найбільш трудомістких задач ТПВ верфі, характерним є низький рівень автоматизації. Це обумовлено відсутністю комплексних систем автоматизованого проектування ТП. Підходи, що застосовувались в підсистемі автоматизованого формування карт ТП, яка розроблялась у 70-х рр. минулого століття в складі системи "ПЛАЗ", не отримали подальшого розвитку та розповсюдження, тому що в них використовувались алгоритми, які не мають аналітичної основи і не дозволяють підвищувати якість ТП. Автоматизовані системи технологічної підготовки виробництва (АСТПВ), які пропонуються сьогодні на ринку програмних засобів, не мають у своєму складі підсистем автоматизованого проектування ТП. У системах "FORAN", "TRIBON", "ДЕЙМОС", "ПЛАТЕР" та "CATYA" вирішуються окремі задачі технологічного проектування: формування карт розкрою листового прокату, генерація керуючих програм різання для машин з числовим програмним керуванням, визначення характеристик універсальних шаблонів для гнуття та ін. Відсутність системної методології не дозволяє інтегрувати роботи з проектування ТП верфі, які виконуються порізнено, у єдину систему. Це, у свою чергу, спричиняє безліч проблем, пов'язаних з організацією саме процесу проектування.

Проектуванню ТП властивою є наявність процедур, які важко піддаються формалізації, тому що в них переважає необхідність урахування якісних характеристик об'єктів. До цих процедур належить проектування маршрутної технології (далі маршруту) виготовлення об'єкту виробництва, де необхідно формалізувати та використовувати логічні зв'язки між характеристиками об'єктів виробництва та параметрами виробничої системи. Незважаючи на існування засобів автоматизованого проектування елементів ТП, відсутність підсистеми проектування маршрутної технології робить неможливим забезпечення наскрізної автоматизації проектування ТП.

Відзначене вище є підставою для висновку про актуальність дослідження, спрямованого на розробку принципів та методів автоматизації проектування технологічних маршрутів, що становить основу проектування ТП.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи відповідає планам науково-дослідницьких робіт Українського державного морського технічного університету (УДМТУ) у 1998-2001 рр. Її результати використовувались при виконанні наступних держбюджетних науково-дослідницьких робіт, у яких автор виступав виконавцем: "Розвиток інструментальних засобів САПР/АСТПВ у суднобудуванні на основі експертних систем" № держреєстрації 0197U 01246 та № 13/1360 "Удосконалення методів і засобів проектування технологічних процесів у корпусообробному виробництві" № держреєстрації 0100U 001306.

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розробка принципів та методів автоматизації проектування ТП виготовлення деталей корпусу судна, спрямована на удосконалення технологічної підготовки корпусообробного виробництва шляхом створення базису для наскрізної автоматизації проектування технологічних процесів. Для досягнення мети були поставлені наступні задачі, направлені на розробку:

математичних моделей об'єктів та процесів предметної області проектування ТП корпусообробного виробництва (КОВ);

моделі представлення формалізованих знань про предметну область і методики формування цієї моделі;

методів і алгоритмів прийняття рішень у задачах проектування маршрутів виготовлення деталей корпусу судна;

принципів використання реляційних баз даних (БД) як засобу інформаційного забезпечення системи автоматизованого проектування ТП КОВ;

концепції автоматизованого проектування ТП КОВ, що базується на застосуванні апарату обробки формалізованих знань.

Об'єктом дослідження є процеси проектування ТП виготовлення деталей корпусу судна, а предметом дослідження - принципи, моделі та методи, які становлять основу автоматизації проектування маршрутів виготовлення деталей корпусу судна.

Методи дослідження. Специфіка дослідження зумовила необхідність використання системного підходу на кожному етапі від побудови моделей процесів та об'єктів технологічного проектування КОВ до створення підсистеми проектування маршрутів виготовлення деталей. Положення теорій множин, відносин і графів, а також алгебри логіки використовувались при розробці моделей процесів і об'єктів предметної області проектування ТП КОВ та при аналізі процесів прийняття рішень, спрямованих на вибір оптимального маршруту. Крім того, при побудові моделей процесів технологічного проектування використовувались елементи математичної теорії систем та методологія структурного аналізу і моделювання SADT. Вибір оптимального маршруту базується на моделях і методах лінійного цілочислового програмування. Розробка моделі системи автоматизованого проектування (САПР) маршрутів виготовлення деталей потребувала застосування методології створення та експлуатації систем, які використовують апарат обробки формалізованих знань (СФЗ), а також моделей і методів представлення та збереження знань. Розробка структури і змісту інформаційного забезпечення САПР ТП обумовила необхідність залучення положень теорії реляційних БД (РБД), методології моделювання інформаційного забезпечення РБД IDEF1X. В основу створення підсистеми проектування маршрутів покладені принципи об'єктно-орієнтованого проектування.

Наукову новизну дисертаційної роботи складають:

вперше сформульована концепція автоматизації проектування ТП КОВ, в основу якої покладені розроблені в дисертації моделі процесів та об'єктів досліджуваної предметної області. Концепція включає в себе мету, принципи та методи автоматизації технологічного проектування КОВ, а також структуру і зміст відповідних процесів;

вперше побудовані системні моделі процесів технологічного проектування КОВ, які створені з використанням методології SADT і базуються на математичній теорії систем. Моделі фіксують функції, які виконуються підсистемами САПР ТП на різних рівнях технологічного проектування, вихідні дані та результати, а також інформацію, що використовується в процесах технологічного проектування;

вперше розроблена концептуальна модель підсистеми проектування маршрутів виготовлення деталей корпусу судна, що застосовує апарат обробки формалізованих знань і може бути використана в складі САПР ТП КОВ. На основі цієї моделі створена комп'ютерна система, яка дозволяє формувати базу технологічних знань, описувати бібліотеку деталей, проектувати технологічні маршрути, отримувати пояснення прийнятих рішень;

принципи організації інформаційного забезпечення САПР ТП КОВ. Вперше розроблена методика обробки даних та знань про предметну область технологічного проектування КОВ у спільному інформаційному просторі за допомогою систем управління РБД. Ця методика базується на використанні матричної моделі збереження даних та на комбінованій моделі представлення формалізованих технологічних знань, яка об'єднує фреймовий та продукційний підходи і застосовується для моделювання процесів проектування маршрутів виготовлення деталей корпусу судна.

корпус судно автоматизація

Практичне значення роботи полягає в розробці методології, методів і засобів моделювання процесів і об'єктів технологічного проектування КОВ, які дозволили отримати практичні результати у вигляді підсистеми проектування маршрутів виготовлення деталей корпусу судна. Ця підсистема дає можливість знизити трудомісткість та підвищити продуктивність розробки маршрутної технології КОВ, а також реорганізувати процеси формування і розповсюдження технологічної документації. Отримані результати є основою для подальших дослідницьких та інженерних розробок, спрямованих на автоматизацію проектування ТП інших видів виробництва верфі.

Результати досліджень підтверджуються актами експлуатації підсистеми проектування маршрутів виготовлення деталей корпусу судна у ВАТ НДІ "ЦЕНТР" та на суднобудівних підприємствах ВАТ ФСК "Море" (м. Феодосія) і ДП "Завод ім. 61 комунара" (м. Миколаїв), а також актом впровадження запропонованого підходу і зазначеної підсистеми у навчальний процес в УДМТУ на кафедрі технології суднобудування у складі дисципліни "Автоматизоване проектування технологічних процесів".

Особистий внесок здобувача. Виконані дослідження, отримані результати і положення, а також розроблені рекомендації є особистим досягненням здобувача. Конкретний внесок автора у наукові роботи, виконані у співавторстві, подано у переліку робіт, опублікованих за темою дисертації.

Апробація роботи. Основні положення і результати роботи доповідались на міжнародній науково-технічній конференції "Ресурсо - та енергозберігаючі технології у промисловості" (м. Одеса, 1997р.), на науково-технічній конференції "Інформаційні управляючі системи і технології" (м. Миколаїв, 1998р.), на наукових семінарах кафедри технології суднобудування протягом 1996-2000 рр., на конференції професорсько-викладацького складу УДМТУ у 2002 р. Робота в цілому доповідалась на засіданні науково-технічної ради УДМТУ "Технологія суднобудування та зварювального виробництва".

Основні результати роботи опубліковані у 9 статтях і тезах доповіді, а також відображені у двох науково-технічних звітах.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку використаної літератури (98 найменувань) та 1 додатка. Основний зміст викладений на 151 сторінці. Робота містить 25 рисунків на 16 сторінках, 5 таблиць на 4 сторінках.

Основний зміст роботи

Розділ 1. Аналіз методів та засобів автоматизації проектування технологічних процесів. У розділі проведено аналіз моделей і методів, які використовуються в технологічній підготовці суднобудівного виробництва, а також в автоматизованому проектуванні ТП та при створенні й експлуатації СФЗ.

Розглянуто особливості суднобудівного виробництва, які впливають на технологічне проектування. Проектування ТП становить майже 51 % трудомісткості від обсягу робіт по ТПВ верфі. Вибір процесів технологічного проектування КОВ як об'єкта досліджень обґрунтовується наступним:

на початкових етапах дослідження раціонально обмежити предметну область, що дозволить отримати закінчене рішення, яке має практичну цінність, і згодом пристосовувати його до інших видів виробництва верфі;

САПР ТП необхідно розробляти і впроваджувати у складі АСТПВ, а вітчизняні АСТПВ "ДЕЙМОС" та "ПЛАТЕР" орієнтовані на автоматизацію плазово-технологічної підготовки КОВ;

КОВ найбільшою мірою підготовлене до автоматизації проектування і управління ТП.

Розглянуто найбільш поширені методи автоматизованого проектування ТП, їх переваги та недоліки. На основі аналізу зроблено висновок про доцільність наявності в інтегрованій САПР ТП можливості проектування трьома методами: на основі аналога, на базі уніфікованих (типових і групових) ТП та методом синтезу. Крім того, в розділі розглянуто загальну структуру САПР ТП, а також внутрішні і зовнішні інформаційні потоки.

Показано, що однією з причин відсутності САПР ТП у суднобудуванні є складність автоматизації окремих задач технологічного проектування, які носять творчий характер (побудова формалізованого образу об'єкта виробництва і проектування принципової технології його виготовлення). Це обумовлено наступними особливостями технологічного проектування:

перевагою обсягу якісних характеристик об'єктів предметної області серед тих, що використовуються при проектуванні (наприклад, деталь характеризується формою контуру, типом поверхні);

обмеження в задачі проектування носять в основному характер логічних умов (наприклад, ЯКЩО деталь має криволінійний контур ТА товщину від 5 до 100мм, ТО вирізування здійснюється на машинах з числовим програмним керуванням ТА розмічування не здійснюється).

На основі аналізу даних особливостей зроблено висновок про доцільність використання СФЗ при вирішенні задач технологічного проектування. Проведено аналіз структури і принципів роботи систем подібного класу, основною відмінністю яких є можливість введення, збереження у формалізованому вигляді та використання знань, отриманих від експертів (звідси інша назва - експертні системи), для вирішення задач у вузькій предметній області.

Розділ 2. Системне моделювання процесів автоматизованого технологічного проектування. Виконано системний аналіз процесів технологічного проектування КОВ з метою організації найбільш ефективної автоматизації. Наведено розроблені моделі процесів технологічного проектування КОВ. В основу моделювання покладено елементи математичної теорії систем, що дозволило отримати опис процесів технологічного проектування на будь-якому необхідному рівні декомпозиції. При цьому процес проектування S описується системою

,

де S₁ - зовнішній, а S₂ - внутрішній описи процесу проектування, V_i - множини, що об'єднують входи та виходи процесу проектування, T_k - множина проектних процедур, i = 1. m, k = 1. n.

Наприклад, входом процесу проектування є інформація про деталь і виробничу систему, а виходом - опис структури і характеристик ТП; прикладами проектних процедур є генерація множини маршрутів виготовлення деталі та вибір з них оптимального.

На основі цієї моделі з використанням методології SADT розроблена функціональна модель процесів технологічного проектування КОВ (рис.1). Розробка моделі дозволила визначити: основне призначення підсистеми проектування маршрутів виготовлення деталей і вимоги до неї; функції, які виконуються підсистемою, та її зовнішні зв'язки; характер і зміст задач, які вирішуються технологом при автоматизованому проектуванні ТП КОВ.

Розроблена концептуальна модель підсистеми проектування маршрутів виготовлення деталей (рис.2). Ця модель враховує наступні особливості роботи підсистеми: основна функція підсистеми - проектування; експлуатація підсистеми здійснюється у складі САПР ТП; якість та достовірність отриманих рішень залежать від актуальності інформації про стан виробничої системи.

Підсистема функціонує у двох режимах: конфігурування, при якому формується база знань, та експлуатації, у процесі якої безпосередньо виконується проектування маршрутів. У першому випадку робота з системою здійснюється через інтерфейс експерта, що дозволяє використовувати модуль редагування бази знань, а в другому - через інтерфейс користувача, що дає доступ до модуля логічного виведення та модуля пояснення прийнятого рішення.

База даних містить у собі фактографічну інформацію про деталі та виробництво, а також сервісні дані (історія та проміжні результати роботи модуля логічного виведення). База знань використовується для збереження закономірностей предметної області, відповідно до яких здійснюється проектування маршрутів. На початкових етапах формування бази формалізованих знань необхідна наявність системного аналітика, який володіє навичками структурування знань та виявлення глибинних закономірностей. Згодом корегування бази знань може бути здійснене технологом-експертом.

Розділ 3. Математичне та інформаційне забезпечення процесів автоматизованого технологічного проектування. У розділі розглянуто математичні моделі об'єктів предметної області, структура і зміст бази технологічних знань, а також моделі процесів прийняття рішень при проектуванні маршрутів виготовлення деталей корпусу судна.

Математична модель ТП описується сукупністю відносин, які визначають його структуру, та технічними характеристиками. Структура ТП задається за допомогою направленого зв'язаного графа без циклів, множина вершин якого відповідає технологічним операціям, а множина дуг - бінарним відносинам, які відображають їх упорядкованість. Для вирішення задачі автоматизованого проектування становлять інтерес такі технічні характеристики ТП, як собівартість, трудомісткість, тривалість.

Математична модель деталі являє собою множину ієрархічно організованих матриць. При цьому зміст матриці, яка належить верхньому рівню, задовольняє запити проектування маршрутів, а нижніх - визначення параметрів операцій. Такий підхід дозволяє структурувати усю конструктивно-технологічну інформацію про деталь та сприяє підвищенню ефективності її збереження та обробки.

Класифікація деталей, прийнята у суднобудуванні, в значній мірі орієнтована на використання її технологом. Її застосування при автоматизованому проектуванні ТП недоцільне, оскільки вона не враховує важливі з точки зору технології виготовлення характеристики деталі (наприклад, товщину і марку матеріалу). На відміну від даного підходу в дисертаційній роботі запропоновано виділяти ті атрибути деталі, які впливають на проектування ТП її виготовлення. При цьому кожний атрибут a_i представляється трійкою

a_i = < n_i, t_i, v_i >,

де n_i, t_i, v_i - відповідно назва, тип і значення i-го атрибута. Наприклад, <"товщина", "ціле", "12">, <"наявність фасок", "булево", "так">.

При побудові моделі виробничої системи застосовується функціональна декомпозиція. Кожна підсистема визначається через множину цілей її функціонування (наприклад, різання, зняття фасок, гнуття), а також технологічні характеристики. Аналогічно до моделі деталі, фіксуються ті характеристики, які впливають на проектування маршрутів. Наприклад, обладнання для різання характеризується габаритами і товщиною розрізуваного листа, обладнання для гнуття - зусиллям гнуття і мінімальним радіусом кривизни.

На основі характеристик отриманих моделей об'єктів предметної області зроблено висновок про доцільність застосування РБД для організації ефективного збереження та обробки інформації про них.

Для моделювання формалізованих знань обрано комбінацію елементів фреймового і продукційного підходів, що дозволило компенсувати слабкі сторони однієї моделі сильними сторонами іншої. Комбінована модель дозволяє структурувати знання, організувати ефективне логічне виведення, підвищити продуктивність формування та експлуатації бази знань технологами.

Виходячи з припущення, що будь-який факт про предметну область може бути описаний станом існуючого в ній об'єкта, розроблена теоретико-множинна модель бази знань. Концептуальна складова представляється трьома непересічними множинами: класів C, атрибутів A і діапазонів значень R. Елементами множини C є поняття предметної області "Деталь", "Маршрут", "Обладнання". Елементи множини A представляються такими атрибутами понять: "Товщина" - атрибут поняття "Деталь", "Операція різання" - атрибут поняття "Маршрут". Множина R є номінальною шкалою найменувань, класи еквівалентності якої визначаються при формуванні бази знань на основі особливостей виготовлення деталей. Запропоновано атрибути поділяти на два типи: дискретні та неперервні. Для дискретних атрибутів характерні атомарні (неподільні) значення класів еквівалентності. Так, для атрибута "Тип кривизни" шкала найменувань представлена наступними класами еквівалентності: "Відсутня", "Проста", "Складна (лекальна)", "Злам", "Комбінована". Безупинні атрибути відрізняються тим, що їх класи еквівалентності можуть включати в себе декілька значень даного атрибута деталі. Наприклад, клас еквівалентності шкали безупинного атрибута "Довжина", що враховує особливості механічного вирізування деталі на гільйотині, довжина ножа якої дорівнює 5 м, виглядає так: "100 - 5000мм".

Мінімальною одиницею інформації, яка має властивість значеннєвої інтерпретації, є триплет, який являє собою трійку "клас-атрибут-значення": наприклад, "Деталь - Тип кривизни - Складна". Множина триплетів визначається як відношення на множинах C, A, R. Оскільки атрибути задаються для конкретних класів, а діапазони значень визначаються для конкретних атрибутів, то побудова множини T триплетів відбувається згідно з правилом

T = { (c_i, a_ij, r_jk) | c_i С a_ij A r_jk R a_ij ( (c_i, a_ij) (a_ij, r_jk)) }.

Використання триплетів дає можливість об'єднати фрейми і продукції у єдину систему. При цьому продукції оперують даними (фактами), які описують фрейми, тобто умовна і заключна частини продукції являються підмножинами множини триплетів. Даний підхід дозволяє побудувати ефективні алгоритми збереження та обробки знань, а теоретико-множинний характер отриманої моделі дає підстави для висновку про доцільність застосування РБД як засобу збереження знань.

Створено модель процесу прийняття рішень при проектуванні маршрутів, функціональна діаграма якого представлена на рис.3. Розроблено математичні моделі процесів генерації альтернатив і вибору з них оптимального варіанту. Генерація альтернатив, що виконується СФЗ, базується на застосуванні продукційного підходу. При цьому формалізований опис предметної області, представлений множиною фактів, перетворюється у відповідності з продукціями бази знань. Визначення елементів множини фактів на початку роботи системи відбувається згідно з правилом

F₀ = { < y, q > | z_jy r_jq },

де

y - код об'єкта предметної області, q - код триплету, z_jy - значення j-го атрибута, що характеризує y-й об'єкт, r_jq - діапазон значень j-го атрибута, зв'язаний з q-м триплетом.

Таким чином, факт є упорядкованою парою, першим елементом якої є унікальний номер, що автоматично присвоюється кожному об'єкту предметної області, а другим - унікальний код триплету. Триплет утворюється кодами поняття, яке відповідає об'єкту, його атрибута, який визначається даним фактом, а також діапазону значень, підмножиною якого є поточне значення атрибута.

Розглядаючи продукції як оператори, процес генерації альтернатив можна описати наступним виразом:

F_t+1 = p_t F_t,

де F_t - стан на етапі t, а p_t - продукція, застосована на етапі t. При цьому виконується умова

p_{t (} (D_1t F_t) (F_{t +1} = F_t D_2t)),

де D_1t і D_2t - відповідно умовна та заключна частини продукції p_t.

Тобто в момент часу t+1 множина фактів F_t+1 визначається як об'єднання множини фактів F_t, що характеризує стан t, і фактів заключної частини продукції у тому випадку, якщо факти умовної частини продукції належать множині F_t. Наприклад, якщо відомо, що деталь плоска, то даний факт збігається з умовною частиною наступної продукції: "ЯКЩО у деталі кривизна відсутня, ТО операція гнуття не потрібна". У цьому випадку інформація заключної частини, що визначає відсутність операції гнуття у складі маршруту, додається до множини фактів.

Показана сутність вибору оптимального маршруту, що являє собою пошук найкоротшого шляху у мережі, вузли якої відповідають множині станів заготовки, а дуги - технологічним операціям. Дана задача є задачею лінійного цілочислового програмування, метою якої є визначення мінімуму лінійної форми

,

де , c_ij, - критерій, що характеризує операцію (собівартість або тривалість виготовлення деталі), відповідно до якого виконується оптимізація, i, j = 0, 1, …, n, n + 1.

З урахуванням обмежень і граничних умов задача пошуку оптимального маршруту описується наступною системою:

Для задачі проектування маршрутів виготовлення деталей характерною є невелика кількість варіантів, тому для її вирішення може бути застосований перебір варіантів.

Розділ 4. Програмна реалізація і дослідна експлуатація підсистеми проектування маршрутної технології. У розділі розглянуті питання, пов'язані з розробкою програмного забезпечення САПР маршрутів виготовлення деталей. Запропоновано архітектуру програмного комплексу, яка включає рівень документа (відповідає за забезпечення інтерфейсу користувача з системою), рівень правил бізнесу (визначає логіку роботи системи) і рівень управління даними (гарантує підтримку узгодженості і захищеності інформації). Подібний підхід дає можливість підвищити ефективність процесів розробки і розвитку підсистеми завдяки зменшенню впливу особливостей реалізації та експлуатації її функціональних модулей.

Обґрунтовується доцільність використання РБД як засобу інформаційного забезпечення САПР ТП. Це обумовлено наступними обставинами:

ієрархічні БД, використовувані сьогодні у вітчизняних АСТПВ суднобудівного виробництва, дозволяють зберігати вертикальні зв'язки і мають низьку ефективність при вирішенні задач ТПВ, які вимагають одержання інформації у різних розрізах. На відміну від них, у РБД будь-які типи зв'язків динамічно будуються у процесі формування запитів. Так, в ієрархічній БД запит, який здійснює вибір інформації про всі деталі певної товщини, що входять до секції або запуску, виконується менш ефективно у порівнянні з аналогічною БД реляційного типу;

реляційні БД являються більш доцільними з точки зору ефективності і гнучкості реалізації, тому що при їх використанні корегування структури або змісту інформаційних масивів не спричиняє значних змін у програмному забезпеченні. У той же час використання РБД дає можливість вести паралельну розробку різних програмних модулів;

технології і рішення (посилкова цілісність (referential integrity), збережені процедури (stored procedures), види (views), тригери (triggers), SQL-сценарії (SQL scripts), викликання функцій із зовнішніх бібліотек), які використовуються у системах управління РБД, розвиваються протягом декількох десятиріч, а відповідне програмне забезпечення підтримується провідними виробниками.

Розглянуто особливості створення РБД САПР ТП. За допомогою методології IDEF1X розроблена діаграма "сутність-зв'язок" понять предметної області, а також логічна схема БД для збереження інформації про деталі, ТП, технологічні операції, технологічне обладнання.

Викладено підхід, який дозволяє використовувати РБД для збереження і обробки формалізованих знань про предметну область; побудована діаграма "сутність-зв'язок" понять, що описують базу знань; введені поняття "Тип" і "Елемент продукції". Перше використовується для смислової інтерпретації текстової інформації, що зберігається у БД, а друге є аналогом посилання і наслідком продукції.

Розглянуто підхід до реалізації такої властивості формалізованих знань, як активність. Під активністю розуміється здатність генерувати нові дані на підставі існуючих. В основу реалізації покладено визначення інтегральних характеристик деталі, які описують її як цілісний об'єкт. Дані характеристики визначаються на підставі аналітичних залежностей, які вводяться в систему. Прикладом може бути така характеристика деталі, як форма зовнішнього контуру, яка є відображенням конкретних значень параметрів сплайнів, що апроксимують контур деталі, на наступну множину типів - "прямолінійна", "криволінійна" і "прямокутна", елементи якої визначаються з технологічних міркувань. Другою необхідною умовою забезпечення активності знань є використання механізму тригерів, який, внаслідок своєї специфіки (виконання при доданні/зміненні/видаленні інформації РБД), є аналогією спеціальних процедур, застосовуваних у фреймах. Даний підхід дозволяє створювати моделі, адекватні моделям предметної області, що використовуються технологом. Крім того, його використання дає можливість при доданні в БД інформації про деталь автоматично визначати і записувати дані, необхідні для проектування ТП. Розглянуто методи збереження та обробки інформації у процесі логічного виводу, що визначають організацію зв'язку між знаннями і даними в оточенні РБД.

У розділі наведено зміст концепції автоматизованого проектування ТП виготовлення деталей корпусу судна, розробленої на основі виконаних досліджень і отриманих результатів. Концепція включає в себе мету і принципи, у відповідності з якими доцільно здійснювати автоматизацію проектування ТП КОВ, і, крім того, визначає структуру, зміст та методи заходів, спрямованих на досягнення зазначеної мети згідно зі сформульованими принципами.

Завершує розділ аналіз переваг впровадження автоматизованої підсистеми проектування маршрутів виготовлення деталей, об'єднаних у наступні групи: технічні, організаційні, економічні і соціальні. Технічні переваги обумовлюються підвищенням ефективності процедури проектування завдяки скороченню часу генерації структури ТП і якості отриманих маршрутів. До організаційних переваг належить раціоналізація потоків технологічної документації, яка здійснюється за двома напрямками: ліквідація необхідності друку і розповсюдження документа до проектування маршрутів, як це здійснюється сьогодні, та зменшення трудомісткості корегування документації. Значною організаційною перевагою є збереження знань і досвіду технологів-експертів, що є актуальним у нинішній час, коли спостерігається брак кваліфікованих фахівців на підприємствах. Сформовані бази формалізованих технологічних знань можуть бути використані на різних підприємствах. Економічні переваги є наслідком наступних причин: скорочення витрат, обумовленого більш раціональною структурою ТП, і скорочення заробітної платні технологам, звільненим від проектування маршрутної технології. До соціальних переваг належить підвищення культури праці інженерів. Для висококваліфікованих технологів підсистема проектування є ефективним інструментом, який сприяє систематизації власних знань, а для звичайних технологів - засобом підвищення досвіду, навчальною програмою.

У додатках наведені акти впровадження та дослідно-виробничої експлуатації розробленої підсистеми проектування маршрутів виготовлення деталей.

Висновки

Науковою задачею, розв'язаною в дисертації, є розробка принципів та методів автоматизації проектування ТП виготовлення деталей корпусу судна. Особливості задачі обумовили вибір методів та засобів її вирішення, яке базується на використанні СФЗ і РБД. Основне призначення дисертаційної роботи - створення методологічної бази для розробки та впровадження САПР ТП КОВ, яка дозволить значно підвищити продуктивність і якість технологічної підготовки КОВ завдяки організації наскрізної автоматизації процесів технологічного проектування.

У дисертаційній роботі отримані наступні наукові результати:

1. Виконано аналіз існуючих методів і засобів проектування технологічних процесів та обґрунтовано доцільність використання у проектуванні технологічних процесів корпусообробного виробництва систем, які застосовують апарат обробки формалізованих знань.

2. Вперше розроблено системні моделі процесів технологічного проектування корпусообробного виробництва, які покладені в основу розробленої концепції автоматизації проектування технологічних процесів корпусообробного виробництва.

3. На базі розроблених моделей процесів технологічного проектування створено концептуальну модель підсистеми проектування маршрутів виготовлення деталей корпусу судна, що використовує апарат обробки формалізованих знань.

4. На основі аналізу функцій САПР технологічних процесів корпусообробного виробництва визначено номенклатуру запитів до інформаційних моделей деталі та виробничої системи на різних етапах проектування, що дозволило встановити структуру і зміст інформаційного забезпечення системи.

5. Розроблено математичні моделі об'єктів предметної області технологічного проектування корпусообробного виробництва, які стали основою для побудови бази формалізованих знань про предметну область.

6. Розроблено методи збереження і алгоритми обробки формалізованих знань про предметну область з використанням систем управління реляційними базами даних, що дало можливість перевести на єдину методологічну основу інформаційне забезпечення систем технологічної підготовки виробництва та ефективно використовувати апарат реляційних баз даних.

7. Створено модель процесів прийняття рішень при проектуванні маршрутів виготовлення деталей корпусу судна, яка стала основою для побудови дослідницької підсистеми проектування маршрутної технології корпусообробного виробництва. Модель передбачає використання систем, які застосовують апарат обробки формалізованих знань для генерації множини можливих маршрутів, і методів лінійного цілочислового програмування - для вибору оптимального в тій чи іншій ситуації маршруту.

8. На основі розроблених принципів, моделей, методів і алгоритмів створено підсистему проектування маршрутів виготовлення деталей корпусу судна, яка дозволяє значно підвищити продуктивність і якість проектування маршрутів виготовлення деталей корпусу судна і таким чином покращити ефективність технологічного проектування корпусообробного виробництва.

9. Розроблено концепцію автоматизованого проектування технологічних процесів корпусообробного виробництва, яка передбачає використання апарату обробки формалізованих знань.

Аналіз і систематизація отриманих результатів дозволили сформулювати наступні наукові положення:

Принципи і методи автоматизації проектування маршрутів виготовлення деталей корпусу судна, які запропоновані в дисертаційній роботі і базуються на використанні систем управління реляційними базами даних та систем, що застосовують апарат обробки формалізованих знань, дозволяють враховувати вплив будь-яких характеристик деталі на проектування маршрутів, а також оперативно адаптувати алгоритми проектування до експлуатації на підприємствах з різними виробничими умовами.

Розроблений підхід дає можливість на основі єдиної методології, забезпеченої застосуванням систем управління реляційними базами даних та мови запитів SQL, зберігати та оброблювати формалізовані знання у спільному інформаційному просторі з даними про предметну область проектування технологічних процесів корпусообробного виробництва.

Створення бази формалізованих знань у відповідності до розробленої методики базується на визначенні кількісних та якісних характеристик деталі, які треба враховувати при проектуванні технології її виготовлення, а також на розробці алгоритмів розрахунку даних характеристик та додаткової інформації, необхідної для проектування технологічних процесів, на основі використання механізму тригерів. При цьому для якісних характеристик формується номінальна шкала, класи еквівалентності якої відповідають діапазонам значень цих характеристик, які визначаються на основі інформації про технологію виготовлення деталей.

На основі одержаних результатів зроблені наступні висновки:

Для ефективного вирішення задач технологічного проектування корпусообробного виробництва необхідно використовувати: реляційні бази даних - для організації інформаційного забезпечення процесів технологічного проектування корпусообробного виробництва; системи, що застосовують апарат обробки формалізованих знань, - при проектуванні маршрутів виготовлення деталей корпусу судна; моделі та методи лінійного цілочислового програмування - при виборі оптимальних маршрутів виготовлення деталей корпусу судна.

Ця робота є системним дослідженням, яке визначає моделі і методи, використовувані при автоматизації проектування маршрутів виготовлення деталей корпусу судна, і є методологічною основою для подальших дослідницьких та інженерних розробок, спрямованих на автоматизацію проектування технологічних процесів корпусообробного виробництва.

Перелік публікацій за темою дисертації

1. Григорян Т.Г., Мочалов А.А., Фатеев Н.В. Автоматизация проектирования и управления технологическими процессами изготовления деталей корпуса судна // Зб. наук. пр. - Миколаїв: УДМТУ, 1998. - № 7 (355). - С.80-85.

2. Григорян Т.Г., Гулый Г.А., Фатеев Н.В. Применение средств обработки знаний в проектировании технологических процессов // Зб. наук. пр. - Миколаїв: УДМТУ, 1998. - № 9 (357). - С.30-33.

3. Григорян Т.Г., Фатеев Н.В. Особенности представления знаний в системе автоматизированного проектирования // Зб. наук. пр. - Миколаїв: УДМТУ, 2000. - № 1 (366). - С.146-150.

4. Григорян Т.Г., Фатеев Н.В. Модель производства в системе автоматизированного проектирования технологических процессов // Зб. наук. пр. - Миколаїв: УДМТУ, 2000. - № 6 (372). - С.35-40.

5. Григорян Т.Г. Представление знаний с помощью реляционных отношений // Зб. наук. пр. - Миколаїв: УДМТУ, 2001. - № 1 (373). - С.167-171.

6. Григорян Т.Г. Информационная модель детали в системе автоматизированного проектирования технологических процессов корпусообрабатывающего производства // Зб. наук. пр. - Миколаїв: УДМТУ, 2001. - № 3 (375). - С.150-156.

7. Григорян Т.Г. Системно-структурная модель автоматизированного проектирования технологических процессов корпусообрабатывающего производства // Зб. наук. пр. - Миколаїв: УДМТУ, 2002. - № 1 (379). - С.135-145.

8. Григорян Т.Г. Концепция применения систем, основанных на знаниях, в проектировании технологических процессов верфи // Зб. наук. пр. - Миколаїв: УДМТУ, 2002. - № 3 (381). - С.174-184.

9. Григорян Т.Г. Принятие решений при автоматизированном проектировании маршрутов изготовления деталей корпуса судна // Зб. наук. пр. - Миколаїв: УДМТУ, 2002. - № 4 (382). - С.146-156.

10. Григорян Т.Г., Фатеев Н.В. Автоматизация проектирования технологических процессов судостроительного производства // Труды Междунар. конф. "Ресурсо - и энергосберегающие технологии в промышленности". - Том 1. - Киев: 1997. - С.10.

Анотації

Григорян Т.Г. Розробка принципів та методів автоматизації проектування технологічних процесів корпусообробного виробництва. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.04 - Технологія суднобудування та судноремонту. - Український державний морський технічний університет імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України, Миколаїв, 2002.

Обґрунтовується необхідність розробки та впровадження систем автоматизованого проектування технологічних процесів верфі. Розроблені моделі процесів і об'єктів технологічного проектування корпусообробного виробництва. Створена концептуальна модель підсистеми проектування технологічних процесів виготовлення деталей корпусу судна, яка використовує апарат обробки формалізованих знань. Розроблені моделі процесів прийняття рішень при проектуванні маршрутів виготовлення деталей, які базуються на застосуванні продукційних систем і лінійного цілочислового програмування. Розроблені методи збереження та обробки даних та формалізованих знань про предметну область з використанням систем управління реляційними базами даних. Створена дослідницька підсистема проектування маршрутів виготовлення деталей. Розроблена концепція автоматизованого проектування технологічних процесів корпусообробного виробництва, яка передбачає використання апарату обробки формалізованих знань. Запропоновані принципи та методи є основою для подальших досліджень, спрямованих на автоматизацію проектування технологічних процесів інших видів виробництва верфі.

Ключові слова: технологічна підготовка виробництва, корпусообробне виробництво, технологічний процес, автоматизація проектування, система обробки формалізованих знань, база знань, реляційна база даних.

Григорян Т.Г. Разработка принципов и методов автоматизации проектирования технологических процессов корпусообрабатывающего производства. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.08.04 - Технология судостроения и судоремонта. - Украинский государственный морской технический университет имени адмирала Макарова Министерства образования и науки Украины, Николаев, 2002.

Рассмотрены структура и содержание задач технологической подготовки судостроительного производства. Показано, что сложившаяся на судостроительных предприятиях организация технологического проектирования обусловлена отсутствием на рынке программных средств систем автоматизированного проектирования технологических процессов верфи и недостатком исследований в данной области. Проанализированы методы и средства автоматизированного проектирования технологических процессов. Обоснована целесообразность применения систем, использующих аппарат обработки формализованных знаний, в проектировании маршрутов изготовления деталей корпуса судна. Рассмотрена структура и принципы работы систем данного класса.

Построена информационная модель технологической подготовки корпусообрабатывающего производства, на основе которой с использованием методологии SADT созданы функциональные модели процессов автоматизированного технологического проектирования. Разработана модель подсистемы проектирования технологических процессов корпусообрабатывающего производства, использующей аппарат обработки формализованных знаний.

Предложены матричные модели объектов предметной области (детали, технологического процесса, оборудования), базирующиеся на теориях множеств, отношений и графов. Характер моделей позволяет эффективно хранить и обрабатывать информацию об объектах в среде реляционных баз данных. Разработаны диаграмма "сущность - связь" понятий предметной области и логическая модель базы данных.

Проанализированы распространенные модели представления формализованных знаний и сделан вывод о целесообразности применения при проектировании маршрутов изготовления деталей корпуса судна модели, сочетающей преимущества фреймового и продукционного подходов. Такая модель позволяет структурировать знания, организовать эффективный логический вывод, повысить продуктивность формирования и эксплуатации базы формализованных знаний технологами предприятий. Исходя из допущения о том, что любой факт о предметной области может быть описан состоянием существующего в ней объекта, разработана теоретико-множественная модель базы знаний подсистемы проектирования маршрутов изготовления деталей корпуса судна. При этом для хранения фреймов о детали, технологическом процессе и оборудовании используются три непересекающихся множества - классы, свойства и диапазоны значений. Для создания и эксплуатации продукций в процессе формирования базы знаний технолог задает отношение на данных множествах. Элементы получаемого при этом множества образуют условную или заключительную часть продукции. Предложено обрабатывать данные и знания о предметной области проектирования технологических процессов корпусообрабатывающего производства в среде реляционных баз данных. Разработаны методы хранения и алгоритмы обработки информации базы знаний средствами систем управления реляционными базами данных. В частности, предложено дополнительную информацию, необходимую для проектирования технологических процессов изготовления детали, определять с помощью триггеров.

Показано, что основу разработанных моделей процессов принятия решений при проектировании маршрутов изготовления деталей составляет применение продукционных систем и аппарата линейного целочисленного программирования. Продукционные системы обеспечивают формирование множества возможных маршрутов изготовления детали, а линейное программирование - выбор оптимального маршрута. Критериями выбора маршрута выступают себестоимость или продолжительность изготовления детали.

На основе выполненных исследований разработана концепция автоматизации проектирования технологических процессов корпусообрабатывающего производства, предполагающая применение систем, использующих аппарат обработки формализованных знаний, и систем управления реляционными базами данных.

Изложены преимущества внедрения подсистемы проектирования маршрутов изготовления деталей, такие, как повышение эффективности проектирования технологических процессов, повышение качества получаемых решений, повышение культуры труда технологов, накопление в формализованном виде знаний и опыта технологов-экспертов. Разработана подсистема проектирования маршрутов изготовления деталей корпуса судна с учетом требований ее интеграции в существующие автоматизированные системы технологической подготовки судостроительного производства. Результаты исследований и разработок подтверждены актами эксплуатации указанной подсистемы в ОАО НИИ "ЦЕНТР", на судостроительных предприятиях ОАО ФСК "Море" (г. Феодосия) и ГП "Завод имени 61 коммунара" (г. Николаев), а также актом внедрения предложенного подхода и подсистемы в учебный процесс в Украинском государственном морском техническом университете на кафедре технологии судостроения.

Ключевые слова: технологическая подготовка производства, корпусообрабатывающее производство, технологический процесс, автоматизация проектирования, система обработки формализованных знаний, база знаний, реляционная база данных.

Grigoryan T.G. The development of the principles and methods for plate production technological processes design. - Manuscript.

The Thesis for Candidate of Sciences degree by speciality 05.08.04 - Shipbuilding and Shiprepairing Technology. Ukrainian State Maritime Technical University named after admiral Makarov of The Ministry of Education and Science of Ukraine, Mykolayiv, 2002.

The advisability for the development and introduction of computer aided systems for shipyard technological processes design is substantiated. The models for processes and objects of plate production technology design has been developed. The conceptual model of knowledge-based subsystem for plate production technological processes design has been created. The production system and linear programming based model of decision-making processes concerning ship plates manufacturing principal technology design has been built. The methods for data and knowledge for a given subject domain storing and processing based on relational database management system have been invented. The research knowledge-based system for ship plates manufacturing principal technology design is created. The conception of knowledge-based computer aided design for plate production technological processes has been developed. The principles and methods form the bases for further research for shipyard's other productions technological processes design automation.

Keywords: technological preparation of production, plate production, technological process, design automation, knowledge-based system, knowledge base, relational database.

Размещено на Allbest.ru