Моделі автоматизації проектування технологічних процесів роботизованого складання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський національний університет радіоелектроніки

АВТОРЕФЕРАТ

Моделі автоматизації проектування технологічних процесів роботизованого складання

05.13.12 - системи автоматизації проектувальних робіт

Мілютіна Світлана Святославівна

Харків - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському національному університеті радіоелектроніки

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор

Невлюдов Ігор Шакирович,

Харківський національний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри технології та автоматизації виробництва радіоелектронних та електронно-обчислювальних засобів.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Глоба Лариса Сергіївна,

Національний технічний університет України «КПІ»,

завідувачка кафедри інформаційно-телекомунікаційних мереж;

доктор технічних наук, професор

Лобур Михайло Васильович,

Національний університет «Львівська політехніка»,

завідувач кафедри систем автоматизованого проектування.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проектування технологічних процесів складання продовжує залишатися галуззю, в якій застосування засобів автоматизованого проектування невелике та залежить від суб'єктивних, пов'язаних із людиною факторів. У першу чергу це пояснюється неформальністю закономірностей проектування, недостатніми можливостями засобів тривимірного та твердотільного моделювання, необхідністю сполучення обчислювальних можливостей з методами штучного інтелекту.

Сучасні системи автоматизованого проектування технологічних процесів (САПР ТП), які використовуються в роботизованому виробництві, звичайно передбачають режим навчання, реалізований за допомогою програмного інтерфейсу. Однак, такий інтерфейс не завжди може точно передати вимоги проектувальника. Наприклад, певні значення координат точок, параметри швидкостей та напрямки переміщень можуть виявитися хибними. Доцільним способом вирішення проблеми є введення інтерактивного режиму проектування роботизованих технологічних процесів і, як варіант, використання голосового введення інформації у формі керуючих команд.

Забезпечення голосового введення інформації в САПР ТП складання по-требує розробки моделей технологічних процесів, які враховують особливості технології складання, та визначення, на основі моделей, методу голосового введення інформації.

Використання методу голосового введення інформації дозволить покращити точність необхідного зв'язку робота з координатами робочої зони, включаючи ситуації динамічної її зміни. При цьому оператор за допомогою голосового введення може зорієнтувати маніпулятор у тих положеннях суглобів і тих координатах, що необхідні для виконання технологічних переходів і операцій. Використовуючи такий метод можна значно спростити процес проектування технології складання та виконувати оперативний контроль функціонування роботизованої системи.

Таким чином, дослідження в галузі розробки моделей автоматизованого проектування технології роботизированого складання, методів організації інтерактивних систем введення інформації в САПР, у тому числі на основі голосового введення інформації, є актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження, результати яких викладено у дисертації, проводилися відповідно до держбюджетних та госпдоговірних тем НДР, які виконувалися у Харківському національному університеті радіоелектроніки:

- держбюджетна тема №189-1 «Теоретичні основи створення перспективних компонентів і нових технологій їх виробництва для широкого класу волоконно-оптичних систем» (Міністерство освіти і науки України № 960 від 22.12.04);.

- господарчий договір №04-50 про науково-технічне співробітництво з Державним Науково-дослідницьким центром нормативно-технічних матеріалів з праці Міністерства промислової політики України від 1.09.04 «Автоматизована система визначення технічно обґрунтованих норм праці та трудомісткості виготовлення виробів» (ДР №0104U009289);

- господарчий договір №07-59 про науково-технічне співробітництво з Державним Науково-дослідницьким центром нормативно-технічних матеріалів з праці Міністерства промислової політики України від 1.11.07 р. «Розробка математичного забезпечення для автоматизації проектування виведення залежності норм праці та режимів різання від конструктивно технологічних факторів» (ДР №0108U001430);

- договір №97 про науково-технічне співробітництво з Державним підприємством «Науково-дослідний технологічний інститут приладобудування» (ДП НДТІП) Міністерства промислової політики України від 10.01.2008 р.;

- договір №98 про науково-технічне співробітництво з Державним Науково-дослідницьким центром нормативно-технічних матеріалів з праці Міністерства промислової політики України від 10.01.2008 р.

Під час виконання роботи за вказаними темами та господарськими

договорами автор був розробником математичних моделей, методу голосового введення інформації в САПР технологічних процесів, програмних засобів.

Мета дисертаційної роботи - підвищення ефективності процесів проектування та зниження трудомісткості технологічної підготовки виробництва за рахунок розробки та узагальнення моделей, методів автоматизації проектування технологічних процесів складання деталей.

Для досягнення мети необхідно виконати такі завдання:

- провести аналіз існуючих математичних описів технологічних процесів і методів автоматизованого проектування технологічних процесів складання;

- розробити моделі автоматизованого проектування технологічних процесів, моделі подання складальних одиниць та виробів, що дозволять визначити порядок проектування технологічного процесу складання та характер зв'язків складальних одиниць, зменшити час проектування технологічних процесів складання та витрати матеріалів;

- розробити метод голосового введення інформації в САПР технологічних процесів, що забезпечить інтерактивне проектування технологічних процесів для складального робота та дозволить зменшити час проектування технологічних процесів складання;

- розробити підсистему голосового введення інформації для системи автоматизації проектування технологічних процесів роботизованого виробництва, що забезпечить технічну реалізацію запропонованого методу.

Об'єкт дослідження - технологія роботизованого складання.

Предмет дослідження - процес автоматизованого проектування технологічних процесів складання.

Методи дослідження: методи теорії множин для подання складальних одиниць, методи теорії графів для подання технологічних процесів складання, методи теорії предикатів для подання закономірностей технологічних процесів складання, а також теорія алгоритмів, методи розробки трансляторів мов програмування та методи організації графічного діалогу та побудови інтерфейсу користувача.

Наукова новизна отриманих результатів. У роботі отримано такі наукові результати:

- вперше запропоновано логічну модель технологічного процесу складання, яка виходячи з основних властивостей проектування технологічних процесів складання, на відміну від відомих, визначає логічні зв'язки між складальними одиницями, що дозволяє визначити порядок виконання технологічних операцій, забезпечує зниження трудомісткості проектування технологічного процесу роботизованого складання;

- вперше запропоновано метод голосового введення інформації в САПР технологічних процесів, який, на відміну від відомих, на основі інтерактивного формування технологічних переходів, окремих технологічних операцій забезпечує формування прикладних програм для складального робота та зменшує час проектування технологічного процесу роботизованого складання;

- удосконалено модель технологічного процесу складання на основі семантичних мереж, яка в частині опису відношень між складальними одиницями у виробі дозволяє відобразити змістовні зв'язки між складальними одиницями в конструкції виробу й уточнити послідовність операцій складання;

- удосконалено модель технологічного процесу складання на основі мереж Петрі, яка дозволяє детально описати характер технологічних переходів при розробці прикладних програм складального робота;

- отримала подальший розвиток модель технологічного процесу складання на основі фреймів для виділення типових ситуацій у послідовності складального процесу, що забезпечує можливість впорядкування структури складального процесу за критеріями економії часу та матеріалів.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені моделі, методи автоматизації проектування та програмний продукт можуть бути використані у технологічній підготовці виготовлення виробів радіоелектронного приладобудування та машинобудування. Підтвердженням цьому є широка апробація результатів на ряді підприємств Міністерства промислової політики України, серед яких Державний науково-дослідний центр нормативно-технічних матеріалів з праці та ДП НДІТІП. Практичний результат дозволяє забезпечити зменшення часу проектування технологічних процесів та зниження трудомісткості під час технологічної підготовки виробництва радіоелектронної апаратури (акти впровадження від 25.03.08, 8.11.08).

Особистий внесок здобувача. У друкованих наукових роботах, що опубліковані у співавторстві, автору належить: у [1] - розробка алгоритму оптимального синтезу складального процесу за критерієм точності; у [2] - розробка методу визначення параметрів привода маніпулятора робота; у [3] - аналіз технологій розробки програмного забезпечення для тривимірного моделювання маніпулятора робота; у [4] - побудова моделі штучної нейронної мережі, проведення машинного експерименту із розпізнавання голосових команд за допомогою багатошарового персептрона; у [5] - розробка основних принципів створення системи аналізу голосової інформації та програмна реалізація багатошарового персептрона; у [6] - аналіз закономірностей проектування роботизованих процесів складання, розробка алгоритмів проектування технологічних процесів складання за допомогою голосового введення інформації; у [7] - розробка логічної моделі складання з використанням голосового введення інформації; у [8] - розробка мережевих моделей автоматизації проектування технологічних процесів; у [9] - логічна модель проектування технологічного процесу складання та розробка програмного забезпечення; у [10] - створено послідовність визначення параметрів стику схвата робота; у [11] -дослідження голосового керування тривимірними моделями роботів; у [12] - аналіз можливостей використання нейронної мережі для розпізнання звукової інформації; у [13] - розробка програми розпізнання звукової інформації на основі штучної нейронної мережі; у [14] - програмна реалізація штучної нейронної мережі; у [15] - логічна модель проектування технологічних процесів складання; у [16] - розробка транслятора команд голосового керування роботом; у [17] - розробка підсистеми введення інформації САПР керуючих програм робота та методу голосового введення інформації; у [18] - розробка роботизованої складальної системи; у [19] - реалізація інтелектуального планувальника дій робота.

Апробація результатів дисертаційних наукових досліджень проводилася на постійно діючих семінарах кафедри технології та автоматизації виробництва радіоелектронних та електронно-обчислювальних засобів Харківського національного університету радіоелектроніки та на таких наукових конференціях та семінарах: міжнародна наукова конференція «Теорія та техніка передавання, прийому та обробки інформації» 2003 р., (Харків - Туапсе); 9-й Міжнародний молодіжний форум «Радіоелектроніка та молодь у ХХІ ст.», 2005 р. (м. Харків); 10-й Міжнародний молодіжний форум «Радіоелектроніка та молодь у ХХІ ст.», 2006 р. (м. Харків); 11-й Міжнародний молодіжний форум «Радіоелектроніка та молодь у ХХІ ст.», 2007 р. (м. Харків); 3-тя Міжнародна молодіжна науково-технічна конференція «Сучасні проблеми радіотехніки та телекомунікацій «РТ-2007», 2007 р. (м. Севастополь); 9-та Міжнародна молодіжна науково-технічна конференція ТCSET'2008, 2008 р. (м. Львів); 4-та Міжнародна молодіжна науково-технічна конференція «Сучасні проблеми радіотехніки та телекомунікацій «РТ-2008», 2008 р. (м. Севастополь); «Прикладна радіоелектроніка. Стан і перспективи розвитку МРФ-2008», 2008 р. (м. Харків); 4-та міжнародна конференція «Стратегія якості в промисловості й освіті», 2008 р. (м. Варна, Болгарія); Міжнародна науково-технічна конференція «Автоматизація: проблеми, ідеї, рішення», 2008 р. (м. Севастополь).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 19 наукових праць, у тому

числі 8 статей у виданнях, які входять до переліків, затверджених ВАК України, з них 9 статей у наукових журналах, 10 праць у збірниках тез доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Повний обсяг дисертаційної роботи складає 172 стор., серед них 140 стор. основного тексту, 56 рисунків, 10 таблиць (на 24 стор.), перелік використаних джерел із 131 найменування на 13 стор., 6 додатків на 13 стор.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність завдань, які вирішуються у

дисертаційній роботі, сформульовано мету дослідження, а також викладено

наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів.

У першому розділі проводиться аналіз існуючих досліджень в галузі автоматизації проектування технологічних процесів складання, а саме: розглянуто побудову систем автоматизації проектування (САПР) та їх роль у системі сучасного виробництва; проведено аналіз основних закономірностей моделювання технологічних процесів складання; розглянуто існуючі методи автоматизації проектування технологічних процесів; розглянуто особливості проектування технологічних процесів роботизованого виробництва; проведено аналіз застосування методів штучного інтелекту при проектуванні технологічних процесів; досліджено підсистеми введення інформації в САПР технологічних процесів.

У процесі аналізу встановлено, що проектування технологічних процесів складання залишається галуззю, що є складною з точки зору розробки математичних моделей з причини відсутності чітких математичних закономірностей. Існуючі методи та математичні моделі не дозволяють знизити трудомісткість проектування технологічних процесів складання деталей радіоелектронного приладобудування, що, у свою чергу, не дає можливості створення систем автоматизованого проектування технологічних процесів. Тому у роботі планується розробити та вдосконалити моделі опису технологічного процесу складання деталей; методи автоматизації проектування технологічних процесів у сучасних САПР; методи організації систем введення інформації у сучасних САПР.

На основі проведеного аналізу існуючих моделей та методів автоматизованого проектування технологічних процесів складання деталей сформульовано мету та завдання дослідження.

Другий розділ дисертації присвячений розробці моделей САПР технологічних процесів складання.

Як результат аналізу розглянутих моделей узагальнено описується завдання моделювання технологічних процесів і пропонується логічна модель проектування технологічних процесів складання.

При розробці логічної моделі формування технологічного процесу складання слід враховувати такі властивості конструкцій: усі деталі обмежені в переміщеннях за усіма напрямками; кожна деталь виробу орієнтована щодо інших деталей цього виробу; всі деталі виробу зв'язані між собою; конструкція будь-якого виробу може бути складена. Пропонується розглянути встановлення на плату навісних елементів. Нехай на печатну плату необхідно встановити мікросхеми, кількість яких може змінюватися від 0 до деякого i, конденсатори в кількості від 0 до j, від 0 до k транзисторів, від 0 до l резисторів, від 0 до m котушок індуктивності та від 0 до n діодів. Для реалізації технологічних процесів складання пропонується сформулювати набір основних технологічних правил.

Кожна деталь характеризується певними параметрами, що може бути представлено у такому вигляді:

параметри(назва, площа, розмір, варіант_встановлення).

Варіант встановлення враховує, які виводи містить навісний елемент (планарні або стрижневі). Для складання виробів радіоелектронних апаратів

особливість кожного елемента можна записати у такий спосіб:

особливість(назва, [список_контрольних_точок]),

де [список_контрольних_точок]=[кт1,кт2], кт1, кт2 - точки орієнтації елемента на платі.

Тоді складальну одиницю можна представити у такому вигляді:

складальна_одиниця(номер, плата, [список_навісних_елементів]) .

Для складання виробів РЕА можна записати наступні правила:

Правило 1. У складальну одиницю можуть входити складальні одиниці різних типів (тип1, тип2,...):

(1)

Правило 2. Основні деталі мають однакові особливості (наприклад, отвори), елементи кріплення - відповідні розміри, що дозволяють з'єднувати базові деталі (B) з іншими деталями (D)

(2)

Правило 3. Виріб вважається зібраним, коли зібрані всі його складальні одиниці. Складальна одиниця є зібраною, коли знайдені всі складові деталі.

(3)

Початковим етапом проектування технологічних процесів складання є знаходження базової деталі. Базовою деталлю обирається деталь із найбільшими розмірами

. (4)

Далі необхідно знайти деталь, що буде з'єднуватися з базовою (сумісна деталь) і складальну одиницю, у яку входять базова й сумісна деталь.

(5)

Потім необхідно визначити послідовність процесу збирання складальних одиниць, визначити деталі, за допомогою яких будуть з'єднуватися базова деталь і деталь, що з нею сполучається.

Для аналізу змістовних зв'язків між складальними одиницями у виробі в роботі пропонується подання технологічного процесу складання за допомогою семантичної мережі. Семантична мережа та її елементи описують відношення між складальними одиницями. Фрагмент семантичної мережі опису виробу представлено на рис. 1. Модель семантичної мережі може використовуватися на етапі початкового аналізу виробу та дозволить визначити порядок і спосіб суміщення, взаємну орієнтацію складальних одиниць у виробі.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Фрагмент семантичної мережі, що описує відношення "Орієнтація"

При проектуванні технологічних процесів складання необхідно знаходити типові підпослідовності й упорядковувати виконання складального процесу за критеріями економії часу, матеріалів, зниження кількості змін інструмента та переорієнтації маніпулятора. Для виконання цих критеріїв доцільно виділити підпослідовності, які можуть бути виконані паралельно, мінімізувати необхідність переорієнтації робота й деталей, а також зміни інструмента під час здійснення складального процесу. Такі типові послідовності технологічних переходів і операцій пропонується описати за допомогою фреймової моделі. Приклад фрейму виділення типових технологічних операцій у структурі технологічного процесу наведено на рис. 2 (послідовності (d_i, d_j, d_k) та (d_a, d_b)).

При проектуванні технологічних процесів роботизованого виробництва також пропонується застосувати мережу Петрі. Її функціонування можна пояснити на прикладі із робототехнічним комплексом (РТК). Робота складального РТК починається із увімкнення промислового робота; перевірки наявності маніпулятора в початковому положенні; переведення його у точку розташування деталей; затискання деталі схватом і перенесення в точку встановлення; установки деталі в необхідному положенні та розкриття захватного пристрою; переведення маніпулятора в точку призначення; перевірки, чи всі деталі встановлені; повторення циклу. Мережа Петрі може використовуватися при визначенні порядку складального процесу в РТК (рис. 3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Виділення типових технологічних операцій (фреймів) у структурі технологічного процесу

Рис. 3. Мережа Петрі для функціонування складального РТК

Таким чином, вказана сукупність моделей дозволить описати процес проектування технологічних процесів з різних точок зору з урахуванням використання голосового введення інформації та підготувати основу для практичної реалізації підсистеми голосового введення інформації у складі САПР керуючих програм робота.

Третій розділ присвячено розгляду можливостей застосування голосового введення інформації під час проектування технологічних процесів складання та розробці методу голосового введення інформації в САПР.

Під час аналізу голосових команд використовується ряд методів. На початкових етапах дослідження розглядалися класичні методи аналізу сигналів. Проведені дослідження показали їх придатність для розпізнавання голосових команд. Однак такий підхід має ряд недоліків, основним з яких є надмірність проміжних даних, а також складність обчислень. Це приводить до низької швидкодії системи, заснованої на такому методі обробки сигналів.

У ході виконання роботи розглядалася також можливість застосування штучних нейронних мереж для розпізнавання голосової інформації. Такий підхід вимагає реалізації нейронної мережі як окремої підпрограми засобами програмного середовища. Це також може призвести до надмірної складності розроблюваної системи. Можливим способом розв'язання проблеми введення голосової інформації є використання стандартних технологій її введення.

Використання методу голосового введення інформації дозволяє скоротити час, необхідний для завдання і введення робочих точок переміщень робота, крім того, збільшується оперативність корекції та внесення змін у готовий технологічний процес. Цей метод представляє собою сукупність прийомів і операцій, які застосовуються при автоматизованому проектуванні технологічних процесів складання роботизованого виробництва. Він передбачає, що проектування технологічного процесу складання з використанням голосового введення інформації для промислового робота базується на таких принципах.

1. Розміщення складальних одиниць у робочій області робота визначає характер і послідовність технологічних і допоміжних переходів.

2. Координати будь-якої точки, будь-яка команда переміщення маніпулятора задається голосом обмеженою природною мовою.

.

3. Команди, послідовність яких забезпечує виконання мети технологічних або допоміжних переходів, поєднуються в метакоманди

4. Послідовності керуючих команд, заданих голосом, реалізують окремі технологічні або допоміжні переходи, окремі технологічні операції та формують технологічний процес

;

.

5. Порядок застосування голосового введення інформації встановлюється на основі аналізу складального креслення й визначається моделями подання складальних виробів і технологічних процесів.

6. Голосове введення інформації забезпечує роботу підсистеми введення інформації в САПР керуючих програм роботизованого виробництва.

Із практичної точки зору це може означати необхідність реалізації підсистеми голосового введення інформації із вбудованими блоками лексичного та синтаксичного аналізу, інтерпретації у складі САПР керуючих програм робота.

Після одержання та первинної обробки вхідної аудіо інформації відбувається формування голосових команд, яке пропонується розбити на такі етапи.

1. Розбивка послідовності голосових команд (командної фрази) на окремі слова. Фраза розділяється на підставі ознак зміни енергії мови.

2. Розпізнавання окремих слів командної фрази. На цьому етапі окремі слова зіставляються з наявними в бібліотеці команд.

3. Визначення приналежності розпізнаних слів до класів бібліотеки.

4. Перевірка відповідності командної фрази і її частин формату команд. Визначається, чи відповідає порядок слів фрази передбаченій команді.

5. Перевірка змісту фрази. На цьому етапі визначається наявність змісту в заданій фразі, наприклад, здійснюється перевірка, чи має робот необхідний ступінь рухливості (колона, плече і т.п.) для виконання заданої команди.

6. Перевірка можливості робота виконати необхідну команду із поточного положення на заданому робочому місці.

7. Перевірка можливості спрощення команди та пошук можливого варіанту спрощення виконання команди.

8. Формування прикладної програми, що включає безпосереднє складання програми керування роботом.

Зазначені етапи представляють зміст запропонованого методу голосового введення інформації при проектуванні роботизованих технологічних процесів складання. Для реалізації вказаного методу пропонується визначити робочу мову голосового введення інформації. Бібліотека слів робочої мови підсистеми голосового введення інформації може містити в собі такі підрозділи (поняття): команда - екземпляр зі списку команд, які робот здатний виконати; суглоб - екземпляр зі списку суглобів робота; ім'я_точки - список точок, координати яких запам'ятав робот; ім'я_об'єкта - екземпляр зі списку об'єктів, з характеристиками, що зберігаються в пам'яті робота; кут - градусна міра кута повороту; відстань - значення відстані переміщення маніпулятора робота; координати - координати у світовій системі координат; вісь - одна з координатних осей у світовій системі координат; прийменник - список прийменників. Формування голосових команд подається у такий спосіб.

1. Повернути <суглоб > <на> <кут>

(6)

де NC - множина команд підсистеми голосового введення інформації; B - множина суглобів робота; C - множина прийменників; D - множина кутів повороту; S - множина команд керування роботом; MOVE_JOINT - команда системи керування роботом.

2. Переміститися <на> <відстань> <вісь>

(7)

де NC - множина команд підсистеми голосового введення інформації; B - множина прийменників; C - множина відстаней, D - множина осей; S - множина команд керування роботом; GOS - команда системи керування роботом. господарчий договір технологічний

Запропонований набір описів команд реалізує логічну модель, що характеризує основні правила голосового введення інформації в САПР керуючих програм робота. На її основі розроблено програмне забезпечення, здатне формувати прикладну програму роботи промислового робота у процесі технологічної підготовки виробництва.

Таким чином, сформульовано вимоги до використання голосового введення інформації при проектуванні технологічних процесів роботизованого складання, також визначено вимоги до робочої мови системи голосового введення інформації та метод голосового введення інформації в САПР керуючих програм робота.

Четвертий розділ дисертації присвячено програмній реалізації запропонованих моделей і методу автоматизації проектування технологічних процесів на основі голосового введення інформації та експериментальним дослідженням, які підтверджують достовірність отриманих результатів.

Об'єктом реалізації моделей і методу автоматизованого проектування на основі голосового введення інформації була система керування промисловим роботом РМ-01. До її складу входять підсистема підтримки та прийняття рішень, підсистема технічного зору, підсистема голосового введення інформації. На рис. 4 показано місце підсистеми голосового введення інформації у загальній САПР керуючих програм робота РМ-01.

На основі аналізу технологій автоматичного розпізнавання природної мови було обрано Microsoft Speech Engine як технологію, що використовується для забезпечення інтерфейсу людина-машина. Автоматичне розпізнавання мовлення користувача визначається за допомогою граматик робочої мови. Якщо послідовність слів, що включено до граматики, розпізнається правилами граматики, забезпечується обробка фрази та генерація відповідної команди керування роботом.

Використання голосового введення інформації може моделюватися не лише на реальному устаткуванні, але й на його моделі. Голосове введення інформації пропонується проводити відповідно до визначеного синтаксису команд: Robot <тип_дії> <параметри> end, де «Robot» - ключове слово; тип_ дії - слово, що визначає вид переміщення; параметри - ключові слова, які є параметрами, пов'язаними з командою; «end» - ключове слово, яким позначається завершення введення команди.

При розробці програми, яка реалізує голосове введення інформації, було створено проект, що містить набір класів. З точки зору голосового введення інформації в САПР керуючих програм робота основні функції містяться у класах CEasyСRecognition (містить функції переходу до режиму розпізнавання, перевірки режиму, встановлення режиму введення голосових команд, перевірки стану розпізнавання, визначення словника робочої мови (бібліотеки), отримання розпізнаної фрази) та CSDialog (відкриття порту для передачі даних роботу, ініціалізація робота, переміщення суглобів, переміщення в задану точку, встановлення швидкості, операції з об'єктом тощо).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Підсистема голосового введення інформації у загальній САПР керуючих програм робота РМ-01

Для подальшого аналізу прийнятих голосових команд пропонується реалізувати транслятор, що переводить голосові команди у команди керування роботом. Зарезервованими словами підсистеми аналізу є робочі слова мови програмування, ключове слово («robot»), слово закінчення введення команди («end»), а також назви рухів робота («rotate», «move») і його суглобів («base», «shoulder», «elbow», «wrist», «gripper»). Набір керуючих команд робота представляється набором граматик, який описано в файлі XML.

При складенні бібліотеки слів, які можуть бути використані у тексті програми керування роботом, вказано такі ідентифікатори: «words» (ключові слова), що містить слова «robot» (початок команди), «end» (закінчення команди), «exit» (вихід з програми), «clear» (відміна введення останнього слова), «clean» (відміна введення всієї команди), «switch» (перемикання типу дії) - «rotate» (поворот), «move» (переміщення) «fix» (запам'ятати), «joint» (назва суглобу маніпулятора), «NUMBERS» (числа). Для введення керуючих команд їх необхідно промовляти строго в порядку, що відповідає існуючим лексемам. Ключові слова «robot» та «end» формують блок функцій, що забезпечує голосове введення інформації. Всередині цього блоку здійснюється введення команд «rotate» та «move» в будь-якому їх порядку. Виконання команд завершується у двох випадках: закінчення команди (програма перевірки доходить до слова «end»); знаходження помилки у введеній команді.

Приклад введення декількох команд в одному блоці:

robot

rotate shoulder fifty three

move zero dot twelve dot minus seventy eight

rotate elbow minus ninety

end .

Зазначений блок команд забезпечує виконання таких дій: поворот плеча робота на 53 градуси, потім переміщення маніпулятора в точку з координатами (0, 12, -78) та подальший поворот ліктя робота на -90 градусів.

Наслідком процесу голосового введення інформації є складання прикладної програми роботи робота, яка реалізує технологічні операції або окремі технологічні переходи у складі технологічного процесу складання.

Таким чином, розроблене програмне забезпечення реалізує введення голосом простих керуючих команд і може бути використане при проектуванні технологічних переходів і операцій для роботизованого виробництва.

Підвищення ефективності проектування оцінювалося шляхом порівняння трудомісткості проектування технологічних процесів за допомогою САПР технології роботизованого складання з підсистемою голосового введення інформації та САПР з традиційною підсистемою введення. У ході експерименту була проведена оцінка трудомісткості проектування операції перестановки двох деталей в умовах традиційного введення інформації та при використанні підсистеми голосового введення інформації. На основі отриманих показників витраченого часу було побудовано графіки трудомісткості (рис. 5).

Рис.5. Графік порівняння трудомісткості задання команд

У ході досліджень також оцінювалося трудомісткість проектування ТП роботизованого складання з використанням різних типів САПР. Як типову операцію розглянуто встановлення резисторів на печатну плату. Доведено, що застосування САПР із підсистемою голосового введення інформації забезпечує скорочення часу проектування в 1,7-2 рази у порівнянні з іншими системами проектування. Також з'ясовано, що використання САПР технології роботизованого складання з підсистемою голосового введення інформації не вносить додаткової похибки переміщень маніпулятора. Економічний ефект використання наданої розробки підтверджений актами впровадження та становить 11 000 грн. на одне робоче місце.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведено результати, які відповідають меті дослідження, та у сукупності є розв'язком актуальної науково-прикладної задачі - розробки моделей і методу автоматизації проектування технології роботизованого складання.

У дисертації отримані такі теоретичні та практичні результати.

1. На основі аналізу існуючих моделей технологічних процесів складання розроблено логічну модель, яка дозволяє визначити логічні зв'язки між складальними одиницями та виходячи з них скласти послідовність процесу складання. Удосконалено модель технологічних процесів складання на основі семантичних мереж, яка описує відношення між складальними одиницями у виробі та дозволяє відобразити змістовні зв'язки між складальними одиницями у конструкції виробу. Отримала подальший розвиток модель технологічних процесів складання на основі фреймів, яка дозволяє виділити типові ситуації у послідовності процесу складання та забезпечує можливість впорядкування структури процесу складання. Удосконалено модель технологічних процесів складання на основі мереж Петрі, яка дозволяє детально описати характер технологічних переходів.

2. Розроблено метод голосового введення інформації, який визначає сукупність прийомів і операцій, що застосовуються при автоматизованому проектуванні технологічних процесів складання роботизованого виробництва, та забезпечує інтерактивне формування прикладних програм для складального робота. Використання голосового введення інформації як засобу реалізації інтерактивного інтерфейсу САПР дозволить відобразити особливості конкретного технологічного процесу, врахувати характеристики устаткування та робочої зони функціонування робота, забезпечити корекцію завдання технологічних переходів, оперативний контроль стану роботизованої системи.

3. На основі розроблених моделей і запропонованого методу голосового введення інформації сформульовано вимоги до робочої мови підсистеми голосового введення інформації, запропоновано бібліотеку слів робочої мови системи голосового введення інформації, яка складає робочу мову підсистеми голосового введення інформації. Також визначено місце підсистеми голосового введення інформації у загальній системі керування роботом. Розроблено програмне забезпечення для запису та відтворення аудіо інформації, а також для розпізнавання й аналізу голосових даних. Розроблено транслятор, який переводить голосові команди в керуючі команди робота, також описано процес складання файлу бібліотеки робочої мови підсистеми голосового введення інформації. Розроблено технологічну інструкцію для голосового введення інформації при проектуванні технологічних процесів роботизованого виробництва.

4. Порівняльний аналіз показав, що при застосуванні САПР із підсистемою голосового введення інформації зменшено час проектування в 1,7-2 рази у порівнянні з іншими системами проектування та не внесено додаткової похибки переміщень маніпулятора. Економічний ефект використання даної розробки підтверджується актами впровадження та складає 11 000 грн. на одне робоче місце.

5. Практичне використання розробленої САПР із підсистемою голосового введення інформації показало ефективність запропонованих моделей і методу. Аналіз результатів довів доцільність і ефективність використання розроблених моделей, методу та програмного забезпечення в галузі автоматизації проектування технології роботизованого складання.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Милютина С.С. Выбор оптимального варианта сборки РЭС по критерию точности / С.С. Милютина, Н.В. Милютина // Технология приборостроения. - 2000. - №1. - С. 21-24.

2. Милютина С.С. Выбор параметров привода манипулятора /

3. С.С. Милютина, Н.В. Милютина // Технология приборостроения. - 2003. - №1. - С. 22-23.

4. Невлюдов И.Ш. Разработка программного обеспечения для трёхмерного моделирования робота / И.Ш. Невлюдов, С.С. Милютина // Технология приборостроения. - 2004. - №2. - С. 5-7.

5. Невлюдов І.Ш. Розпізнавання голосових команд за допомогою багатошарового персептрона / І.Ш. Невлюдов, О.М. Цимбал, С.С. Мілютіна // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2006. - №3/2. - С. 13-16.

6. Невлюдов И.Ш. Использование искусственной нейронной сети в подсистеме ввода голосовой информации САПР ТП роботизированного производства / И.Ш. Невлюдов, А.М. Цымбал, С.С. Милютина // Радиоэлектроника и информатика. - 2007. - №1. - С. 56-61.

7. Невлюдов И. Ш. Голосовое формирование управляющих команд робота в САПР технологических процессов / И.Ш. Невлюдов, А.М. Цымбал, С.С. Милютина // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2008. - №2/2(32). - С. 12-14.

8. Невлюдов И.Ш. Голосовое формирование управляющих команд при проектировании роботизированных сборочных процессов / И.Ш. Невлюдов, А.М. Цымбал, С.С. Милютина // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2008. - №4/2(34). - С. 65-68.

9. Невлюдов И.Ш. Сетевые модели и проектирование технологии сборочных процессов / И.Ш. Невлюдов, А.М. Цымбал, С.С. Милютина // Технология приборостроения. - 2008. - №1. - С. 27-32.

10. Невлюдов И.Ш. Логическая модель проектирования технологического процесса сборки / И.Ш. Невлюдов, А.М. Цымбал, С.С. Милютина // Вісті академії інженерних наук України. - 2007. - № 3(33). - С. 95-98.

11. Милютина Н.В. Определение параметров плоского неподвижного стыка схвата робота / Н.В. Милютина, С.С. Милютина // Теория и техника передачи, приёма и обработки информации: международная научная конф., 7-10 окт. 2003 г.: тезисы докл. - Туапсе, 2003. - С. 127.

12. Мілютіна С.С. Голосове керування тривимірними моделями функціонування ПР / Мілютіна С.С. // Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке: 9-й международный молодежный форум, 19 - 21 апр.: 2005 г. тезисы докл. - Х., 2005. - С. 269.

13. Цимбал О.М. Нейронні мережі та голосове керування роботом /

14. О.М. Цимбал, С.С. Мілютіна // Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке: 10-й международный молодежный форум, 10 - 12 апр. 2006 г.: тезисы докл. - Х., 2006. - С. 564.

15. Цымбал А.М. использование ИНС при голосовом управлении роботом / А.М. Цымбал, С.С. Милютина // Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке: 11-й международный молодежный форум, 10 - 12 апр. 2007 г.: тезисы докл. - Х., 2007. - С. 344.

16. Цымбал А.М. Подсистема голосового управления роботом на основе искусственной нейронной сети. / А.М. Цымбал, С.С. Милютина // Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций «РТ-2007»: 3-я международная молодежная научно-техническая конф., 16 - 21 апр. 2007 г.: тезисы докл. - Севастополь, 2007. - С. 196.

17. Невлюдов И.Ш. Assembly Technological Process Design Logical Model / И.Ш. Невлюдов, А.М. Цымбал, С.С. Милютина // ТCSET'2008: 9-я международная молодежная научно-техническая конф., 19-23 февр. 2008 г.: тезисы докл. - Львов, 2008. - С. 80-82.

18. Цымбал А.М. Транслятор команд голосового управления роботом / А.М. Цымбал, С.С. Милютина // Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций «РТ-2008»: 4-я Международная молодежная научно-техническая конф., 21-25 апр. 2008 г.: тезисы докл. -Севастополь, 2008. - С. 258.

19. Цимбал О.М. Розробка керуючих підсистем інтелектуального робота / О.М. Цимбал, С.С. Мілютіна // Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития (МРФ'2008): 3-ий международный радиоэлектронный форум, 22-24 окт. 2008 г.: тезисы докл. - Х., 2008. - С. 80-82.

20. Цымбал А.М. Проектирование адаптивной сборочной роботизированной системы / А.М. Цымбал, С.С. Милютина // Стратегия качества в промышленности и образовании: 4-я международная конф., 30 мая - 6 июня 2008 г.: тезисы докл. - Варна, 2008. - С. 804-807.

21. Цымбал А.М. Планирование действий интеллектуального робота. / А.М. Цымбал, С.С. Милютина // Автоматизация: проблемы, идеи, решения: Международная научно-техническая конференция 8 - 12 сентября 2008 г.: тезисы докл. - Севастополь, 2008. - С. 257 - 260.

АНОТАЦІЯ

Мілютіна С. С. Моделі автоматизації проектування технологічних процесів роботизованого складання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 - системи автоматизації проектувальних робіт. - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2009.

Дисертація присвячена дослідженню та розробці моделей та методів автоматизації технологічного процесу складання. Проведено аналіз існуючих моделей та методів автоматизованого проектування технологічних процесів складання. На основі властивостей складальних технологічних процесів створено логічну модель складання. Розроблено модель опису складальних одиниць на основі семантичних мереж. Запропоновано фреймову модель опису технологічних процесів. Для детального опису технологічних переходів розроблено модель на основі мереж Петрі. Запропоновано метод введення інформації в САПР керуючих програм робота, який передбачає проектування технологічних процесів складання з використанням голосового введення інформації. Метод представляє собою сукупність прийомів і операцій, які застосовуються при автоматизованому проектуванні технологічних процесів складання роботизованого виробництва. Використання запропонованих моделей автоматизованого проектування технологічних процесів складання та методу голосового введення інформації робота дозволить зменшити час проектування та суттєво спростити проектування технологічних процесів роботизованого виробництва.

Ключові слова: технологічний процес, складання, складальні одиниці, складання деталей, робот, підсистема введення, голосове введення інформації, керуюча команда, Speech API.

Милютина С. С. Модели автоматизации проектирования технологических процессов роботизированной сборки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.12 - системы автоматизации проектных работ. - Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2009.

Диссертация посвящена исследованию и разработке моделей и методов автоматизации технологического процесса сборки. Проведен анализ существующих моделей и методов автоматизированного проектирования технологических процессов сборки. На основе анализа существующих математических моделей сборочных технологических процессов разработана логическая модель, которая позволяет определить логические связи между сборочными единицами и, исходя из этих связей, составить последовательность сборочного процесса. Усовершенствована модель технологических процессов сборки на основе семантических сетей, которая описывает отношения между сборочными единицами в изделии и позволяет отобразить смысловые связи между сборочными единицами в конструкции изделия. Получила дальнейшее развитие модель технологических процессов сборки на основе фреймов, позволяющая выделять типовые ситуации в последовательности сборочного процесса, что обеспечивает возможность упорядочивания структуры сборочного процесса по критериям экономии времени и материалов. Усовершенствована модель сборочного технологического процесса на основе сетей Петри, которая позволяет детально описать характер технологических переходов при проектировании технологии сборочного роботизированного комплекса. Указанная совокупность моделей позволяет описать процесс проектирования технологических процессов с разных точек зрения и с учётом использования голосового ввода информации, обеспечить целостное описание и подготовить основу для практической реализации подсистемы голосового ввода информации в составе САПР ТП робота. Предлагается усовершенствовать существующие методы автоматизированного проектирования технологических процессов путём введения метода голосового ввода информации, что позволит значительно упростить процесс технологической подготовки роботизированного производства. Предлагается метод ввода информации в САПР управляющих программ робота, который предусматривает проектирование технологических процессов сборки с использованием голосового ввода информации. Метод представляет собой совокупность приёмов и операций, которые применяются при автоматизированном проектировании технологических процессов сборки роботизированного производства. Для выбора метода распознавания голосовой информации проведен ряд исследований. Исследование применения классических методов цифровой обработки сигналов показывает удовлетворительные результаты распознавания голосовой информации, которые, однако, являются достаточно громоздкими и потому могут быть рекомендованы с ограничениями к применению в системах голосового ввода информации. Рассмотрение применения методов искусственных нейронных сетей имеет большие перспективы, однако с точки зрения практической разработки затрудняется отсутствием стандартных программных библиотек моделирования искусственных нейронных сетей. В качестве технологии распознавания слитной речи была выбрана Microsoft Speech Engine, как технология, которая хорошо интегрируется с операционными системами, которые используются для HMI (human machine interface - человеко-машинный интерфейс) и используется для обеспечения управления производственными ячейками и диспетчерского управления. Произведен анализ особенностей проектирования технологических процессов сборки, сформулированы требования к использованию голосового ввода информации при проектировании технологических процессов сборки. Сформулированы требования к рабочему языку подсистемы голосового ввода информации, предложена библиотека слов рабочего языка подсистемы голосового ввода информации и рассмотрены методы формирования управляющих команд робота на основе голосового ввода информации, составляющих рабочий язык управления роботом. Определено место подсистемы голосового ввода информации в интеллектуальной роботизированной системе. Разработано программное обеспечение для записи и воспроизведения аудиоинформации, а также для распознавания и анализа голосовых данных. Разработан транслятор, переводящий голосовые команды в прикладную программу работы робота, также описан процесс составления файла библиотеки рабочего языка управления роботом. Составлено руководство пользователя. Разработана технологическая инструкция для голосового ввода информации при проектировании технологических процессов роботизированного производства. Произведен анализ эффективности автоматизированного проектирования технологических процессов сборки с использованием предложенных моделей и метода голосового ввода информации, который подтверждает снижение трудоёмкости проектирования технологических процессов роботизированной сборки. Сравнительный анализ показал, что использование подсистеме голосового ввода информации САПР ТП позволяет в 1,7-2 раза сократить время проектирования роботизированных технологических процессов сборки. Экономический эффект использования данной разработки подтвержден актами внедрения и составляет 11 000 грн. на одно рабочее место. Построение программной реализации обеспечивает возможность практического применения предложенных в работе моделей и метода. Анализ полученных результатов показал эффективность и целесообразность внедрения их в практику автоматизации проектирования технологии роботизированной сборки.

Ключевые слова: технологический процесс, сборка, сборочные единицы, сборка деталей, робот, подсистема ввода, голосовой ввод информации, управляющая команда, Speech API.

Milyutina S. S. Models of computer-aided automation design the robotic assembly technological processes. - Manuscript.

Thesis for candidate of technical sciences` degree on the speciality 05.13.12 - computer aided design works systems. - Kharkiv National University of Radio electronics, Kharkiv, 2009.

Thesis deals with models and methods of automation assembly technological process design research and development. The existing models and methods of assembly technological processes design were analysed. The assembly logical model was created on the base of assembly technological processes general features. The model of assembly units' description based on semantic nets was developed. There is also proposed a frame model of technological process. The model based on Petri nets for technological transitions detailed description was developed. The method of robot information voice input to CAD of robot control command is proposed. It introduces assembly technological process design with the voice input information using. The method includes the set of ways and operations description that are used during the computer-aided automation design for the robotic assembly technological processes. The proposed models of assembly technological processes design and method of robot information voice input using allows to decrease time and to simplify robotic manufacture technological process design.

Key words: technological process, assembly, assembly elements, details assembly, robot, input system, information voice input, control command, Speech API.

Размещено на Allbest.ru