Многоагентная система проектирования технологических процессов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Многоагентная система проектирования технологических процессов

В настоящее время имеется необходимость разработки принципиально новых, «прорывных» информационных технологий создания прикладных интеллектуальных систем. Такие технологии должны впитать в себя все лучшие достижения как из области традиционного алгоритмического программирования, так и из области искусственного интеллекта. При этом должна иметься возможность формирования баз знаний непосредственно экспертом без привлечения таких посредников, как инженер по знаниям. Инструментальные средства новой технологии должны обеспечивать как генерацию текстового представления баз знаний на языке деловой прозы в форме документов, доступных для чтения и понимания специалистами, так и генерацию эффективных программных кодов, для улучшения которых не нужно привлекать программистов. При этом трудоемкость создания прикладных систем была бы на порядок ниже, чем при традиционном программировании [1-3].

Важной прикладной областью применения таких технологий является конструкторско-технологическое проектирование. В настоящей работе эта область рассматривается с акцентом на проектирование технологических процессов.

Многоагентные системы (МАС) принадлежат к классу интеллектуальных систем распределенного решения задач. Их основу составляет иерархическая метасистема агентов, проектируемая сверху вниз [3].

Формальную модель МАС можно представить в виде

информационный прикладной конструкторский управление

MAS = A, E, R, ORG,

где A - множество агентов; E={e} - среда, в которой находится данная МАС; R - множество взаимодействий между агентами; ORG - множество базовых организационных структур, соответствующих конкретным функциям (ролям) агентов, устанавливающая отношения между ними.

В многоагентных системах инженерного проектирования множество агентов A формируется из сущностей, подлежащих разработке. В качестве среды E={e} выступает разрабатываемый проект, состоящий из множества экземпляров e из классов задействованных в проекте агентов. Задачи, порученные агентам, определяются инкапсулированными в них методами. Методы обеспечивают решение задач, порученных агентам, и выполнение операций, оказывающих воздействие на другие агенты.

Множество взаимодействий R между агентами определяется ребрами графа экспорта и импорта свойств агентов и объектов. Эти взаимодействия носят как вертикальный, так и горизонтальный характер. Вертикальные взаимодействия осуществляются между агентами, связанными друг с другом по иерархии организационной структуры ORG, а горизонтальные - между иерархически не связанными агентами.

Наконец, организационная структура ORG в многоагентной системе представляет собой иерархическую метасистему, моделируемую И/ИЛИ графом. Связки типа И описывают отношения класса «целое-часть», а связки типа ИЛИ - отношения класса «род-вид». Последние используются при принятии решений в процессе структурного синтеза.

На рис. 1 представлен фрагмент метасистемы конструкторско-технологического проектирования в нотации диаграммы классов UML. Здесь агенты представлены в виде классов объектов, у которых для упрощения опущены атрибуты. В левой верхней части диаграммы расположены конструкторские агенты, в средней части - агенты технологические, а в правой части - технологические документы.

Корневым конструкторским агентом является «Сборочная единица», который может обладать методами конструкторского и технологического проектирования. Здесь технологическое проектирование может включать как сборочные технологические процессы, так и процессы обработки узлов в сборе. Сборочная единица включает некоторое множество деталей, соединенных определенными соединениями. В свою очередь детали могут состоять из конструкторско-технологических элементов. Общий технологический процесс сборки складывается из сборочных операций, которые могут генерироваться методом агента «Соединение».

Сборка может начаться только после изготовления необходимых деталей. Проектирование технологических процессов и операций обработки деталей производится соответствующими методами агента «Деталь». В некоторых случаях для формирования операций обработки могут потребоваться переходы, генерируемые методом агента «Элемент детали».

Иерархия технологических агентов представлена в средней части диаграммы классов на рис. 1. Здесь корневым классом является «ТП сборки» с двумя базовыми разновидностями «Сборка механическая» и «Электрорадиомонтаж». Технологический процесс сборки складывается из операций сборки, которые в свою очередь включают переходы сборки.

Аналогичная картина имеет место и в случае обработки: «ТП обработки» включает операции обработки, а они - переходы обработки.

Технологические процессы обработки имеют следующие разновидности: «Формообразование», «Обработка давлением», «Обработка резанием», «Термообработка», «Нанесение покрытий» и «Прочие методы».

Правая часть диаграммы на рис. 1 включает интерфейсные объекты, представляющие собой стандартные виды технологической документации: «Титульный лист», «Маршрутная карта», «Комплектовочная карта», «Карта эскизов», «Операционная карта» и «Карта наладки».

Перечисленные выше агенты связаны между собой отношениями зависимости, которые отображаются на диаграмме пунктирными стрелками, направленными от зависимого агента на тот, от которого он зависит. Технологические агенты зависят от соответствующих конструкторских, а технологические документы - от технологических агентов.

Функционирование многоагентной конструкторско-технологической системы может быть организовано различным образом. Варианты такой организации представлены на рис. 2.

В случае системы, интегрированной на уровне знаний, производится одновременное проектирование как изделий, так и технологических процессов и управляющих программ для станков с ЧПУ. Эту работу выполняет конструктор-технолог. Для реализации такой системы конструкторские агенты на рис. 1 должны обладать методами технологического проектирования. Технологические объекты при этом не имеют методов проектирования и превращаются в структуру данных.

Рис. 1. Метасистема конструкторско-технологического проектирования

В системе, интегрированной на уровне данных, функции конструктора и технологов разделены. В результате проектирования изделия конструктором генерируется две модели: объектная и геометрическая. Первая используется технологом при проектировании технологических процессов, а вторая - технологом-программистом при подготовке управляющих программ для станков с ЧПУ. В этом случае конструкторские агенты не обладают методами технологического проектирования как это изображено на рис. 1. Технологические объекты при этом являются активными и имеют методы, как это изображено на рис. 1.

На рис. 1 в явном виде изображены множество агентов A, образующих многоагентную систему, и ее организационная структура ORG.

В случае системы, интегрированной на уровне данных, средой E являются технологические объекты, содержащие технологический проект. Множество R взаимодействий между агентами на этой диаграмме не отражено.

Проектирование технологических процессов, также как и любой вид проектирования складывается и процессов синтеза двух классов: структурного и параметрического. В данном случае задача структурного синтеза заключается в определении полного набора необходимых операций и переходов технологических процессов сборки и обработки. Параметрический синтез при этом должен определить значения всех атрибутов упомянутых операций и переходов. В их число входят свойства заготовок, обозначения используемых средств технологического оснащения (станков, приспособлений и инструментов), а также нормы времени.

Рис. 2. Диаграмма прецедентов конструкторско-технологического проектирования

При традиционном объектно-ориентированном проектировании, например с помощью UML, методы объектов строятся с помощью алгоритмических языков программирования. При построении интеллектуальных агентов для этой цели используются продукционные базы знаний.

На концептуальном уровне для представления структуры произвольных процессов используется стандарт IDEF3. Применительно к построению методов технологических процессов из числа диаграмм этого стандарта наиболее удобна диаграмма описания этапов процесса (Process Flow Description Diagrams, PFDD). При проектировании технологических процессов в качестве этапов рассматриваются операции. На диаграмме PFDD операции изображаются в виде прямоугольников, которые связываются стрелками, отображающими перемещение детали между операциями. Между стрелками могут располагаться элементы, именуемые перекрестками (Junction). Перекрестки используются для отображения логики взаимодействия стрелок (потоков) при слиянии и разветвлении. Различают перекрестки для слияния (Fan-in Junction) и разветвления (Fan-out Junction) стрелок. Перекресток не может использоваться одновременно для слияния и для разветвления. При внесении перекрестка в диаграмму необходимо указать тип перекрестка. При проектировании структуры технологических процессов из всего множества типов перекрестков стандарта IDEF3 достаточно использовать два: асинхронное И (Asynchronous AND), которое в случае слияния стрелок означает, что все предшествующие процессы должны быть завершены, и исключительное ИЛИ (Exclusive OR), которое в случае разветвления стрелок означает, что запускается только один следующий процесс. Применительно к проектированию структур технологических процессов диаграммы PFDD представляют собой знания на уровне метасистем.

Диаграммы PFDD могут быть представлены в виде продукционной системы специального вида, в которой правила связны в линейную цепочку, отражающую временную последовательность выполнения технологических операций. При этом правила могут не иметь предусловий, когда операции процесса должны выполняться всегда.

Рис. 3. Внешнее представление базы знаний структурного синтеза технологического процесса

Предусловия возникают в случае разветвлений. Для того чтобы базы знаний структурного синтеза технологического процесса могли создавать непрограммирующие пользователи, разработана возможность их формирования непосредственно в маршрутной карте, с которой работают технологи (рис. 3). Здесь первая операция «Транспортирование» выполнятся всегда. Вторая операция «Правка» выполняется при условии #Правка#= «есть». Далее всегда выполняются операции «Наладка» и «Лазерная резка». Далее идет блок с вложенными условиями. Блок выполняется при условии #Зачистка#= «есть». В этом случае всегда выполняется операция «Транспортирование», за которой при условии #Длина#<150 следует операция «Зачистка ручная», а при условии #Длина#>=150 следует операция «Зачистка».

Для решения задач параметрического синтеза при проектировании технологических процессов используются традиционные продукционные базы знаний. В качестве правил-продукций в них используются модули инженерных знаний (МИЗ) [2]. Ниже представлен МИЗ «Расчет подачи на оборот базовой при растачивании».

МИЗ: «SoRast» - Расчет подачи на оборот базовой при растачивании

Предусловия запуска

Входные свойства

Механизм - Формула

Sot = Cs * t_^xs * Rop^ys

Выходные свойства

На рис. 4 представлен интерфейс конструкторско-технологической системы проектирования редукторов. Здесь в верхней части экрана в форме закладок представлена текущая иерархия конструкторских объектов «Привод»> «Редуктор»> «Узел вала быстроходного»> «Вал быстроходный», «Крышка глухая», «Крышка сквозная». На рис. 4 открыта закладка «Вал быстроходный». Слева имеются кнопки, связанные с методами открытого агента. В данном случае нажата кнопка «Чертеж», в связи с чем на информационном поле отображен чертеж детали, автоматически сгенерированный системой. Генерация технологического процесса обработки этой детали производится при нажатии на кнопку «Технология».

Рис. 4. Интерфейс конструкторско-технологической системы проектирования

Резюмируя вышеизложенное, можно сказать, что разработана многоагентная методология создания конструкторско-технологических систем проектирования, поддержанная комплексом инструментальных программных СПРУТ. С помощью этой методологии создан демонстрационный прототип конструкторско-технологической системы проектирования редукторов и промышленная интеллектуальная система проектирования технологических процессов СПРУТ-ТП.

Литература

Евгенев Г.Б. Системология инженерных знаний: учебное пособие для вузов - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.

Евгенев Г.Б., Кобелев А.С., Борисов С.А. Технология экспертного программирования // Информационные технологии. - 2002. - №3. - С. 2-9

Евгенев Г.Б. Технология создания многоагентных прикладных систем // Труды одиннадцатой национальной конференция по искусственному интеллекту с международным участием (КИИ-2008, Дубна, 28 сентября - 3 октября 2008 г.). - М.: ЛЕНАНД, 2008. - Т. 2. - С. 306-312

Размещено на Allbest.ru