автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения

1

г

од

ДЕК 1937

На правах рукописи

БОГУСЛАВСКИЙ ИГОРЬ ВЛАДИМИРОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИВОДОВ ЗАДАННОГО ЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА 1997

Работа выполнена на кафедре «Теория технологических машин» Московского Государственного Технологического университета «СТАНКИН».

Научный консультант

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- доктор технических наук, профессор ПушА.В.

- доктор технических наук, профессор Аверченков В.И.

- доктор технических наук, ст. науч. сотр. Иванов Г.М.

- доктор технических наук, профессор Митрофанов В.Г. - ОАО МСЗ

Защита состоится « 25 » декабря 1997 г. в_час. _мин.

на заседании Диссертационного Совета Д 063.42. 02 Московского Государственного Технологического университета «СТАНКИН».

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: 103055, г. Москва, Вадковский пер., 3-а, Диссертационный Совет Д 063.42.02.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «СТАНКИН».

Автореферат разослан «21» ноября 1997 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д 063.42.02 д.т.н., проф.

Г.Д. Волкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Конкурентоспособность машиностроительной продукции напрямую связана с уровнем технологической оснащенности и сроками подготовки производства. «Рьмочный успех» технических объектов достигается за счет резкого повышения качества проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства, сокращения их сроков и трудоемкости. Основной задачей автоматизации становится создание, организация доступа и управление Необходимой информацией в рамках сквозной компьютерной технологии решения задач проектирования, производства, сопровождения и утилизации машиностроительной продукции.

Максимальная эффективность производства при различных условиях применения технологических машин и оснастки возможна только пря выполнении требований, предъявляемых к машинам и агрегатам в каждом отдельном случае. Оценивая технологическую машину как часть производственной системы, удовлетворяющей техническому заданию, необходимо отметить, что уровень автоматизации, гибкость, надежность, производительность и точность главным образом зависят от трех факторов -структуры составляющих механизмов технологической машины; дополнительных устройств для связи технологической машины с остальной частью производственной системы и устройств управления технологической машиной.

Одним из важнейших узлов технологических машин и оснастки является привод. Качество привода в значительной мере определяет качество оборудования в целом. Исключительное значение приобретают знания возможностей различных типов приводов как для выбора наиболее рационального типа привода, так и для грамотного обслуживания его во время эксплуатации. Номенклатура приводов технологических машин и оснастки постоянно растет, расширяются их функции и повышаются требования к рабочим характеристикам, а, следовательно, усложняются конструкции приводов, что ведет к увеличению длительности процесса проектирования и конструирования, удорожанию экспериментачьно-доводочных работ и испытаний. Основной задачей проектирования становится разработка приводов заданного целевого назначения. Наибольшую важность приобретают решения, принимаемые на концептуальной стадии проектирования. Отсутствие в практической деятельности предприятий интегральных критериев выбора приводов оборудования и оснастки говорит о том, что условия производства конкретного потребителя выдвигают, наряду с общими критериями, свои требования, связанные с технологическими традициями, оснащенностью предприятия и накопленным инженерным опытом. Максимальная автоматизация проектирования должна обеспечивать формирование концепций привода для дальнейшей проработки на основе направленной индивидуальной стратегии, при высокой функциональной гибкости в применении к конкретным особенностям, как предприятий, так и проектируемой и производимой ими продукции.

Цель работы - повышение эффективности процесса многовариантного проектирования приводов заданного целевого назначения при обеспечении качества вариантов решений для дальнейшей проработки и сокращении сроков создания на основе разработки технического решения задачи автоматизации концептуальной стадии проектирования.

Научная новизна заключается в:

•разработке методологии автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения;

•разработке многоуровневой стратегии автоматизированного формирования концептуальных решений приводов технологических машин и оснастки;

•уточнении концепции пространства проектирования приводов;

•выявлении и описании совокупности проектных показателей концепций приводов и их значений;

•определении принципов и методов учета конкретных особенностей пргдприятш и производимой продукции.

Практическая полезность;

•разработаны обобщенный алгоритм автоматизации и схема автоматизированного формирования концепций как процесса принятия конструкторских решений;

•разработана методика построения модели знания приводов технологических машин и оснастки;

•описаны метод вывода по прототипкости и принцип расчета прототипности;

•разработано информационно-методическое обеспечение автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на: Пятой Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем в г. Ростове - на -Доку в октябре 1997 г.; Второй Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» в г. Санкт-Петербурге в мае 1997 г.; Третьем Международном конгрессе «Конструкторско-технологическая информатика» в г. Москве в мае 1996 г.; Международной конференции «Информационные средства и технологии» в г. Москве в октябре 1996 г.; Международной научно-технической конференции «Надежность машин и технологического оборудования» в г. Ростове-на-Дону в ноябре 1994 г.; Международной научно-технической конференции «Проблемы повышения качества машин» в г. Брянске в октябре 1994 г.; конференции «Повышение эффективности и качества механообрабатывающего производства» в г. Евпатории в мае 1993 г.; Четвертой научно-технической конференции «Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств» в г. Нижнем Новгороде в июне 1992 г.; Российской научно-практической конференции «Проблемы создания и эксплуатации технологического оборудования и гибких производственных систем» в г. Хабаровске в мае 1992 г.

Полное содержание диссертации обсуждалось на расширенных заседаниях кафедры «Теория технологических машин» МГТУ «СТАНКИН».

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 38 печатных работах.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли следующее практическое применение: в системе поддержки жизненного цикла изделий, разработанной Ростовским-на-Дону институтом управления и инноваций; в общезаводской системе технологической оснащенности и подготовки производства АО «Новочеркасский станкозавод»; при разработке приводов ряда технологических машин и оснастки (для РМУ АО «Монтажяегмаш»; РВПК - ОАО «Роствертол»; ЗСМ «Дон»); при

разработке курса лекций для студентов специальностей 2)03 и 0718 и при выполнении ряда курсовых и дипломных проектов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 345 стр. сквозной нумерации, включая 101 рис., 12 табл. и 58 стр. приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введение обосновывается актуальность задачи автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения, кратко описываются элементы научной новизны и практической полезности; терминология и основные сокращения.

Концептуальная стадия проектирования приводов (КСПП) - ранние этапы проектирования, состоящие из множества взаимосвязанных отдельных подзадач и формирующие концепцию привода применительно к исполнительной части и питанию (без системы управления), а именно:

1) определение минимально достаточной функционально-физической структуры концептуальных решений привода с учетом используемого физического принципа действия основного двигателя;

2) определение узловых мест концептуальных решений привода и прогнозирование степени истинности обеспечения его назначения;

3) определение "индивидуальных" особенностей концептуальных решений привода;

4) трансформация узловых мест концептуальных решений привода в аппаратную с составлением примерного перечня спецификации;

5) занесение полученного концептуального решения привода в библиотеку типовых решений.

Узловые места концептуальных решений привода - стабильные блоки и элементы, определяющие функциональную структуру, возможные принципиальное схемное описание и реализацию концепции привода, например: устройства проведения и преобразования первичной энергии; основной двигатель и т.д.

Глава 1. Особенности автоматизации проектирования приводов заданного целевого назначения. Цели и задачи исследования.

В данной главе по результатам имеющихся исследований проанализированы: особенности концептуальной стадии проектирования; особенности взаимоотношений процессов проектирования и автоматизации; особенности и проблемы автоматизации концептуальной стадии проектирования,

Выявлено, что разработка и внедрение каждого нового типа технологических машин и оснастки требует определения относительной значимости двух основных групп характеристик системы: потребительских свойств и показателей технического уровня. Многообразие компоновок приводов для решения одной технологической задачи часто вызвано сложившимися традициями и, как правило, технически не оправдано. Конструктор из многообразия вариантов отбирает несколько максимально полно удовлетворяющих технологическим и эксплуатационным требованиям; выбирает те или иные механизмы и узлы, ориентируясь на их функциональное назначение, на основе собственного опыта и практики проектирования.

На основании результатов опроса, проводившегося методом анкетирования, выявлено, что привод действительно является одним из важнейших узлов технологического оборудования, в значительной степени определяющим потребительские свойства (30%), показатели технического уровня (37%) и тенденции совершенствования оборудования (10 - 51%).

Для большинства объектов техники стадия проектирования определяет длительность цикла удовлетворения потребности, затрат на его проведение, а также меру удовлетворения потребности, определяемую через показатель качества технической системы. Качество технической системы закладывается именно при проектировании, особенно на этапах разработки предэскизного и эскизного проектов. Имеющиеся факторологические исследования деятельности различных проектных организаций показывают, что вероятность разработки проекта с фиксированным уровнем качества напрямую зависит от средней производительности труда проектировщиков.

Ошибки возникают на всех стадиях проектирования и имеют разную степень значимости и последствий. Почти 30 % ошибок - результат неглубокой предпроектной проработки. Причины же ошибок находятся, в основном, в людях. Прежде всего, это: низкая квалификация по конкретному профилю из-за недостаточности знаний по предметной области; несоответствие техзадания действительным требованиям; использование устаревших литературных данных; неполнота научно-технической информации; отсутствие или нарушение методики проектирования; нездоровье или моральные травмы конструктора-исполнителя.

Известно, что 80 - 90 % стоимости процесса проектирования и жизненного цикла, включая производство и эксплуатацию, определяются в начальные 10-20 % времени, затрачиваемого на каждый этап проектирования - в рамках концептуальной стадии проектирования. Наибольший эффект повышения качества разработки дает автоматизация проектирования именно концептуальной стадии - принимаемые на этой стадии проектные решения наиболее важны: качественное решение дает наибольший эффект, упрощая дальнейшую работу и улучшая характеристики будущего изделия; ошибочное решение, если не будет исправлено на следующих стациях, повлечет за собой большие потери при эксплуатации объекта. Концептуальная стадия проектирования становится особенно ответственной и важной частью процесса проектирования, а повышение ее эффективности непосредственно ведет к уменьшению времени процесса проектирования и росту его качества.

Конструктор выполняет свою работу на первых, начальных стадиях проектирования, при ограниченных имеющихся средствах и случайных неблагоприятных обстоятельствах, поэтому традиционные способы выбора показателей и параметров при разработке концепций приводов не всегда приемлемы. Практика проектирования требует совершенствования основной процедуры процесса - поиска и принятия решения.

Внедрение ЭВМ позволило уменьшить степень погрешности вычислений, но весьма незначительно сказалось на качестве проектируемых объектов техники. Автоматизация проектирования на этапах расчетных работ и создания баз данных и знаний не позволяет существенно снизить трудоемкость работ и повысить качественные показатели изделия. Сокращение сроков проектирования при одновременном повышении качества и снижении

трудоемкости обеспечивает только автоматизация процедур на концептуальной стадии проектирования, а именно: на этапах разработки иредэсхизных и эскизного проектов.

В соответствии с результатами анализа научных публикаций сформулирована цель диссертационной работы: повышение эффективности процесса многовариантного проектирования приводов заданного целевого назначения при обеспечении качества вариантов решений для дальнейшей проработки и сокращении сроков создания на основе разработки технического решения задачи автоматизации концептуальной стадии проектирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи:

•Разработка основных положений методологии автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения;

•Разработка процедурной модели и обобщенного алгоритма формирования концепций приводов технологических машин и оснастки;

•Систематизация и классификация знаний в предметной области концептуальных решений приводов заданного целевого назначения;

•Выявление и описание совокупности проектных показателей различных типов приводов технологических машин и оснастки;

•Определение принципов и методов формирования модели знания концептуальных решений приводов заданного целевого назначения;

•Формализация описания вариантного ряда концептуальных решений приводов технологических машин и оснастки и их узловых мест;

•Разработка информационно-методического обеспечения автоматизированного выбора решений приводов технологических машин и оснастки на концептуальной стадии проектирования.

Глава 2. Основные положения методологии автоматизированной поддержки концептуальной стадии проектирования приводов.

В начале главы рассмотрены и проанатазированы методы и компоненты автоматизации жизненного цикла технических изделий. Возможность создания методологии автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов подготовлена трудами Аверченкова В.Й., Васильева Г.Н., Вяткина Г.П., Ермакова С.А., Иванова Г.М., Капустина Н.М., Коробочкина Б.Л., Левина А.И., Лещенко В.А., Лозовского В.Н., Митрофанова В.Г., Норенкова И.П., Павлова В.В., Половинкина А.И., Соломенцева Ю.М., Сосонкина В.Л., Трифонова О.Н., Чкалова В.В., Шварцбурга Л.Э. и многих других отечественных и зарубежных ученых.

Ранние стадии проектирования, определяющие концепцию привода, выполняются сегодня в основном вручную и полностью зависят от квалификации, знаний и опьгга проектировщика. Проектировщик отыскивает рациональные решения на каждом этапе проектирования. Причем на каждом последующем этапе принимать решения становится труднее, так как для их осуществления требуются все большие затраты материальных и временных ресурсов, а число прорабатываемых идей уменьшается.

Требование разработки систем заданного целевого назначения, эффективность работы которых с максимальной вероятностью приближается к потенциально достижимой, выдвигает на первый план проблему проработки технологии проектирования как совокупности "действий" в зависимости от объема исходных данных (конкретной

ситуации) - намеченную последовательность методов и компонент, выполняемых в определенном порядке с привлечением средств автоматизации, то есть проблему проработки методологической схемы автоматизации концептуального проектирования.

Задачи формирования концепции объектов проектирования являются наиболее трудно формализуемыми задачами. Проектировщика не удовлетворяет анализ только одного варианта системы, он стремится сравнить различные альтернативы именно на начальных этапах проектирования, чтобы выбрать наиболее подходящие к данной конкретной ситуации до того, как разработка изделия перейдет на более капиталоемкие этапы. Существует целый ряд общих подходов к постановке и решению подобных задач, однако практическая реализация большинства из них неочевидна.

Используемые в настоящее время стратегии концептуализации условно делятся на: •морфологические (перебор и оценка всех возможных вариантов), которые требуют соответственно большого времени и неприемлемы для проектирования сложных технических систем;

•случайные, но фактически зависящие от индивидуальных информационных и психологических барьеров разработчика.

Существующие системы, реализующие вышеназванные стратегии концептуализации, по принципу организации используемых знаний делятся на две группы: интеллектуальные системы процедурного типа и системы искусственного интеллекта с базами знаний. Реально работающие системы с базами знаний относятся к классу экспертных систем, в которых вместо выполнения выводов на базе формальных математических методов осуществляется вывод на основе опыта и неформальных рекомендаций, полученных от экспертов.

Проведенный анализ показал, что основными нерешенными задачами являются: •разработка методологической схемы автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения;

•разработка информационно-методического обеспечения автоматизированного формирования концептуальных решений;

•учет индивидуальных особенностей задачи и условий реализации решения; •обеспечение возможности изменения структуры опыта и мышления проектировщика применительно к конкретным условиям задачи;

•прогнозирование степени истинности обеспечения заданного целевого назначения (технической функции) сформированным вариантом концептуального решения привода.

Наиболее целесообразный, с точки зрения ресурсосбережения, путь учета проблемы концептуального проектирования как компоненты программирования жизненного цикла привода • использование систем искусственного интеллекта (экспертных систем) с базами данных и знаний и представление исходных требований в качественной форме на основе логико-лингвистических моделей. Использование ЭС для оценки вариантов концептуальных решений обуславливается, на наш взгляд, невозможностью требовать от разработчика, реатизующего функции лица, принимающего решение, заранее учесть все случаи возможного «варьирования» ограничений. Интерактивный, индивидуально-последовательный процесс принятия решений является эффективным методом определения такого соответствия.

В качестве основного подхода для формирования методологии автоматизации концептуальной стадии проектирования применен кибернетический подход, учитывающий информацию о дальнейших шагах технологии автоматизации через изучение закономерностей эволюции приводов. Множество существующих альтернативных вариантов концептуальных решений приводов - это множество вероятностных конструктивных реализаций типовых и оригинальных функциональных узлов, связанных не всегда очевидными и формальными связями. Существующие варианты - не только описания анатогов, но и описания отдельных составных частей, используемых при компоновке технических объектов, не имеющих аналога. Привод представляется в виде набора типовых унифицированных блоков, определяемых по результатам аначиза функций привода и его эволюционного развития, способных к многократному «перепрограммированию» в соответствии с требованиями задачи. При данном подходе неизбежен взаимный учет методов типового и поискового проектирования.

Смысл современных исследований состоит в том, чтобы уже на ранних этапах проектирования конструктор мог получить ответ о разрешимости задачи на трех уровнях: физической осуществимости, технической реализуемости и экономической выгодности. Сутью методологии автоматизации концептуальной стадии проектирования является автоматизированное формирование ачьтернативных решений привода (индивидуально-конкретных наиболее вероятностных функциональных и конструктивных реализаций и внутриструктурных связей), выполняемое непосредственно на основе исходных данных, и обеспечивающее получение концепций, максимально приспособленных для реачизации конкретного целевого назначения (технической функции).

Общая методологическая схема автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов представлена на рис. 1.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИВОДОВ ЗАДАННОГО ЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

Основные положения методологии предусматривают выбор известных или новых принципов действия и построения приводов, надежного совместного функционирования составных узлов приводов и включают в себя элементы методологии установления уровня автоматизации проектных процедур, роли и места конструктора с учетом его физических, психических и информационно-личностных особенностей. Особое внимание уделяется принципам, методам и компонентам получения обоснованных и качественных вариантов

концептуальных решений приводов, определяющих направление, способы и условия дальнейшей разработки.

Повышение идеальности процесса проектирования имеет приоритет перед повышением идеальности средств проектирования. Одним из вариантов повышения идеальности процесса концептуального проектирования является использование соответствующих стратегий. Принцип применения определенной стратегии заключается в том, чтобы с самого начала выделить сведения об узловых, стабильных элементах или блоках, которые бы не изменялись от решения проектировщика. Решая задачу формирования концепции, проектировщик отвечает на вопросы: что делать, с помощью чего делать, как делать. На каждом подэтапе поиска решения возрастает количество информации, включенной в работу. Чем меньше информации, тем больше интуиции; чем больше информации, тем больше задействована рассудочная компонента. На основе принятого кибернетического подхода и обобщения ряда исследований разработана процедурная модель автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов, представленная на рис. 2.

В соответствии с разработанной процедурной моделью, автоматизация концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения представляет собой максимально линейный четырехэтапный процесс формирования выводов, обеспечивающий получение единичных результатов на основе массивов исходных данных, и является формализованным аналогом процесса конструкторских рассуждений с уменьшающимся множеством заключений.

На основании разработанной процедурной модели определены основные блоки алгоритма автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов. Исходными данными в общем случае являются:

1. техническая функция привода - описание в естественной форме трех составляющих компонент;

2. требуемые проектные показатели - представление о необходимых проектных показателях, в соответствие с имеющимся их выбором.

Обобщенный алгоритм автоматизации концептуального проектирования приводов технологических машин и оснастки представлен на рис. 3.

Особенностью разработанного алгоритма является обобщенное представление различных этапов отдельными блоками. Внутри каждого блока - этапа - пошаговый алгоритм не пишется. Этапы реализуются на основе правил и процедур, отражающих реальный процесс концептуального проектирования приводов технологических машин и оснастки. Разработанный алгоритм обеспечивает соответствие концепции привода требованиям технического задания и органически сочетает процесс выбора и верификации альтернатив. Технологические и эксплуатационные спецификации или их часть, представленные в исходных данных, «подсказывают», каким должен быть максимально полезный привод для конкретной задачи проектирования.

В конце главы, применительно к задаче автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения, представлено описание ряда существенных психологических моментов и рекомендаций для их учета.

ПРОЦЕДУРНАЯ МОДЕЛЬ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПРИВОДОВ ЗАДАННОГО ЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

Рис. 2.

ОБОБЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИВОДОВ.

УТОЧНЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОМ ФУНКЦИИ ПРИВОДА

ОПИСАНИЕ КОМПОНЕНТЫ в

ФОРМИРОВАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ПРИВОДА

ОПИСАНИЕ КОМПОНЕНТЫ Н

! ФОРМИРОВАНИЕ

ФУНКЦИОНАЛЬНО-ФИЗИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ПРИВОДА

ОПИСАНИЕ КОМПОНЕНТЫ И

ФОРМИРОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРИВОДА

УТОЧНЕНИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ТРЕБУЕМЫХ ПРОЕКТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЯХ

ФОРМИРОВАНИЕ УЗЛОВЫХ МЕСТ ПРИВОДА

ФОРМИРОВАНИЕ ВАРИАНТОВ КОНЦЕПЦИЙ ПО ОСОБЕННОСТЯМ ПРЕДПРИЯТИЯ

УТОЧНЕНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРЕДПРИЯТИЯ

ФОРМИРОВАНИЕ ВОЗМОЖНОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ

ФОРМИРОВАНИЕ ДОКУМЕНТАЦИИ НА КОНЦЕПЦИИ ПРИВОДА ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ПРОРАБОТКИ

ЗАНЕСЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ В БИБЛИОТЕКУ ТИПОВЫХ РЕШЕНИ]

Рис. 3.

Глава 3. Приводы технологических машин и оснастки.

В данной главе рассмотрены и проанализированы различные типы приводов технологических машин и оснастки. Выявлено, что энерговесовые, точностные, динамические и стоимостные характеристики, возможности системы управления (степень интеллектуальности оборудования) во многом определяются типом используемого привода. Определенных границ использования приводов каждого типа не существует. Сегодня в различных классах технологических машин и оснастки широко применяются электрические, гидравлические, пневматические, магнитные и вакуумные приводы, различающиеся принципом действия и функциональными возможностями, что подтверждается результатами анализа статистического распределения моделей технологических машин и оснастки по физическому принципу действия основного двигателя привода.

Несмотря на заметное присутствие личности конструктора, процесс проектирования имеет такую же объективную основу, как и любой другой природный процесс и развивается по таким же объективным законам. С целью получения ясного представления об основных этапах развития приводов проведен анализ их "эволюционной цепочки". На основе результатов анализа «эволюционной цепочки» выявлены и описаны межэтапные закономерности изменения структуры приводов технологических машин. Проведен анализ функций различных поколений привода, результаты которого позволили построить конструктивные функциональные структуры приводов. Рассмотрено приблизительное описание физических операций элементов различных поколений приводов

технологических машин и оснастки. Представлены потоковые функциональные структуры, построенные на основе анализа описания физичесжих операций элементов приводов. Выявленные конструктивная и потоковая функциональные структуры обобщенного привода приведены в работе.

На основании результатов анализа основных этапов развития выявлены основные тенденции и особенности развития, а также показатели качества и закономерности строения привода технологического оборудования.

Результаты эволюционного анализа позволили определить назначение процедур автоматизации концептуальной стадии проектирования с целью выбора наиболее рационального (с точки зрения экономии всех видов ресурсов) решения (по физическому принципу действия; функциональной структуре и техническому решению) при знании возможностей различных типов приводов.

Описана функциональная схема обобщенного привода, выявленная на основе анализа результатов эволюционного развития и анализа различных классов технологических машин; представлены различные варианты приводов технологических машин и оснастки по физико-энергетической сущности.

Функция привода как технической системы распределяется между подсистемами, обеспечивающими ее реализацию. Принципиальная схема привода выступает в качестве конструктивной реализации его функционального описания. Главной задачей привода является сообщение необходимого количества механической энергии рабочему органу оборудования для выполнения требуемого технологического процесса по преобразованию исходной заготовки в заданную деталь. Тогда, техническая функция обобщенного привода технологической машины, описанная в естественной форме с помощью компонент Э

(указание действия, производимого приводом, приводящего к желаемому результату), в (указание объекта, на который направлено действие), Н (описание особых условий и ограничений) имеет следующий вид:

Р = (О, О, Н) = (обеспечение движения рабочего органа технологической машины и оснастки (в) с заданными параметрами силы, быстродействия и эффективности функционирования (Т)) с учетом особенностей используемых физико-технических эффектов и технологических процессов (Н)).

Особенности структуры обобщенного привода отражены при анализе его функций и рассмотрении состава элементов указанных групп. По результатам анализа функций построен граф функционального взаимодействия элементов - иерархическая функциональная структура обобщенного привода технологической машины и оснастки, который явился основой для построения И-ИЛИ-дерева множества вариантов обобщенного привода Для каждого варианта привода по физическому принципу действия основного двигателя определены абстрагированная и конкретизированная потоковые функциональные структуры.

Значения различных показателей свойств технических объектов должны быть в каждом конкретном применении ровно такими, какие необходимы для получения заданного эффекта. Ориентироваться на производство приводов, обеспечивающих наилучшие показатели для всех типов технологического оборудования по каждому из показателей технического уровня, без учета конкретных особенностей производства, значит заведомо ориентироваться на неэффективное производство, так как для большинства потребителей наилучшие показатели не всегда целесообразны и экономичны. Однако каждый привод должен удовлетворять требованиям трех уровней: соответствовать законам природы; соответствовать ресурсам и научно-техническому потенциалу общества; быть экономически выгодным.

Все свойства объектов при взаимодействии, на основе использования кибернетического подхода, условно классифицируются следующим образом: потребительские, технические и физические свойства. Уровни показателей основных свойств технических объектов подразделяются на: требуемые - задаются заказчиком в техническом задании; желаемые - намечаемые самими разработчиками, то есть соответствующие представлению ЛПР; располагаемые - объективно присущие варианту технического объекта для тех или иных условий создания и функционирования. Располагаемые показатели бывают: прогнозируемыми - устанавливаемые в тот или иной момент времени в ходе проектирования; фактическими - устанавливаемые в тот или иной момент времени в ходе изготовления и эксплуатации.

Требуемые, желаемые и располагаемые уровни показателей свойств в каждый момент времени, как правило, различаются межцу собой. При решении задачи автоматизации концептуальной стадии проектирования нас, в первую очередь, интересуют располагаемые уровни показателей качества, то есть уровни показателей качества объективно присущие концепциям привода при определенном физическом принципе действия основного двигателя, функциональном описании и особенностях функционирования. Данные уровни показателей определяются нами как частные меры технической приспособленности концепций к взаимодействию тем или иным способом с отдельными элементами среды и составляют обобщенный концептуальный показатель

соответствия варианта концепции привода его технической функции (целевому назначению) - общую меру технической приспособленности концепций. При этом общая мера технической приспособленности концепций определяется множеством проектных показателей и их значений, полностью описывающих возможности альтернативных концептуальных решений приводов.

Совокупность традиционных проектных показателей применительно к приводам технологических машин и оснастки определена на основе моделирования эксплицитного знания, зафиксированного средствами внешней репрезентации, и представлена четырьмя группами свойств. Однако на концептуальной стадии проектирования используется в основном качественная информация о предпочтительности свойств вариантов решений. Информация, представленная в качественном виде, используется для проведения процедуры сравнения, так как конечной целью автоматизации КСПП являются чисто качественные выводы о предпочтительности, то есть: принимается сформированный вариант концептуального решения для дальнейшей проработки или нет.

Совокупность проектных показателей, используемая при автоматизации концептуальной стадии проектирования, включает в себя следующие группы свойств: динамические (быстродействие, усилие на рабочем органе, ограничения по ускорению, инерционность на рабочем органе, путь в переходном процессе или точность позиционирования, ограничения по мощности, уровень шума, КПД преобразования и передачи энергии, функциональная полнота, вид используемой энергии, динамическая гибкость); надежностные (работоспособность, долговечность, ремонтопригодность); ресурсные (общая стоимость варианта привода, вес, объем и габариты элементов привода, прогнозируемые средние эксплуатационные затраты); системности (универсальность, преемственность, управляемость, удобство эксплуатации, структурная гибкость, перспективность). Градация шкал оценок свойств проектных показателей представляет собой степени принадлежности, определенные в виде нечетких лингвистических переменных. Функции принадлежности значений проектных показателей определяются на основе вербальных выражений значения истинности для теории нечетких множеств.

Введенные частные меры технической приспособленности концепций позволяют формализовать порядок выбора соответствующего варианта привода из числа технически реализуемых, то есть определить структуру оценки и выбора альтернативных концепций. Общая мера технической приспособленности концепций к взаимодействию с элементами среды характеризуется объемом затрат всех видов ресурсов, необходимых для выполнения с требуемым уровнем истинности заданного целевого назначения привода. При этом целевое назначение привода на концептуальной стадии проектирования полностью описывается представленной совокупностью проектных показателей, охватывающих практически полный жизненный цикл приводов технологических машин и оснастки.

Для формирования концепций на основе выявленной совокупности проектных показателей, представленных в качественном виде, использован нечеткий метод анализа иерархий, который позволяет выбирать наилучший среди многих альтернативных проектов по одной из четырех многоцелевых оценок: альтернативной, дополнительной, суммарной или объединенной.

Вообще, методы, используемые для принятия решения, а также порядок их применения, играют одну из главных ролей при автоматизации концептуальной стадии проектирования, В соответствии с предложенной методологией, на каждом этапе автоматизированного формирования решений, на основании определенных критериев выбора, проводится усечение базового множества концепций. Придерживаясь разработанной процедурной модели, последовательность действий можно представить обобщенной схемой автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения как процесса принятия конструкторских решений (рис. 4).

Глава 4. Модельное представление задача автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов.

В общем виде решение некоторой задачи в системе искусственного интеллекта заключается в том, что к исходной базе знаний на основе определенных правил применяются операции, приводящие к изменению состояния базы знаний до тех пор, пока какое-то из этих состояний не окажется удовлетворяющим условиям данной задачи. Чем более эксплицитными и точными являются применяемые знания, тем в большей степени снимается неоднозначность в выборе правил и тем непосредственнее система приходит к решению. Проектировщики, как известно, не осознают, что им надо научиться отличать утверждение, которое они считают истиной, от утверждения, истинность которого может быть доказана; специалисты не сознают, что задача, которая кажется им четко сформулированной, может утратить смысл в новых ситуациях.

Отрицательный опыт использования многих ЭС связан с попыткой полного вытеснения человека из процесса решения проблемы. Более типичным является режим функционирования ЭС в качестве консультанта или помощника. Создание подобных систем невозможно без анализа мыслительной деятельности человека и механизмов функционирования мозга.

Экспериментальные исследования психологии субъективной семантики, представленные в ряде работ, выявили пристрастное отношение субъекта к входящему с ним в контакт предметному миру; показали, как активно субъект структурирует предметный мир, создавая для себя его проекцию. В процессе взаимодействия с миром у субъекта складывается картина мира, картина свойств вещей в их отношениях друг к другу и субъекту. Для овладения средствами объекта, непосредственно не данными, необходимо овладеть системой действий, соответствующим искомым свойствам объекта. В речевом общении воспроизводятся только звучащие и письменно зафиксированные слова, только звучащие или письменные предложения, только звучащие или письменные тексты, то есть тела знаков и их совокупности и образования. Для того чтобы стать нормальными словами, предложениями, текстами, то есть превратиться в языковые знаки и другие знаковые образования, они должны соединяться в процессе порождения и восприятия речи со значениями, хранящимися в вербальной памяти собеседников.

Формирование значения знаков у каждой личности является индивидуальным процессом, определяемым социальным опытом. Для того чтобы понять смысл речевого высказывания, необходимо знать область деятельности, в которой оно было воспроизведено и воспринято. Поведение интеллектуальных систем во многом и определяется имеющимися в данный момент знаниями.

СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАК ПРОЦЕССА ПРИНЯТИЯ КОНСТРУКТОРСКИХ РЕШЕНИЙ.

БАЗОВОЕ МНОЖЕСТВО АЛЬТЕРНАТИВНЫХ КОНЦЕПЦИЙ), ПРИВОДОВ

ПОДМНОЖЕСТВО КОНЦЕПЦИИ ПО ФПД ОСНОВНОГО ДВИГАТЕЛЯ

ПОДМНОЖЕСТВО КОНЦЕПЦИИ ПО ТИПУ основного ДВИГАТЕЛЯ

ВЫВОД по

пгототапности

выводпо

прототипносги

ПОДМНОЖЕСТВО КОНЦЕПЦИЙ ПО УКРУПНЕННЫМ УЗЛОВЫМ МЕСТАМ

НЕЧЕТКИЕ ВХОДНЬЩ

СЛОВА СООТВЕТСТВУЮЩИЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫМ ЗНАЧЕНИЯМ

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СИЛЫ, БЫСТЮ ДЕЙСТВИЯ, ЭФФЕКТИВНОСТИ

НЕЧЕТКОЕ ПРАВИЛО MODUS PONENS

ПОДМНОЖЕСТВО КОНЦЕПЦИИ ПО ОСОБЕННОСТЯМ ОСНОВНОГО ДВИГАТЕЛЯ

ПРАВИЛА-ПРОДУКЦИИ

НЕОБХОДИМОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ ЗАДАННОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ ПРИВОДА

ОПИСАНИЕ КОМПОНЕНТЫ О ТЕХНИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ ПРИВОДА

ОПИСАНИЕ ПЕРВОЙ ЧАСТИ - КОМПОНЕНТЫ О ТЕХНИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ ПРИВОДА

ОПИСАНИЕ ВТОРОЙ ЧАСТИ КОМПОНЕНТЫ Ц ТЕХНИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ ПРИВОДА

ОПИСАНИЕ К ТЕХНИЧЕСК ПРИ ЭМПОНЕНТЫН ОЙ ФУНКЦИИ ВОДА

ПОДМНОЖЕСТВО КОНЦЕПЦИЙ ПО РАСШИРЕННЫМ УЗЛОВЫМ МЕСТАМ

БАЗОВЫЕ ВЕРОЯТНОСТИ ш ФОКУСИРУЮЩИХ МНОЖЕСТВ А

ВЕСА ПАРАМЕТРОВ

ВАЖНОСТЬ КРИТЕРИЯ В ГРУШЕ

НЕЧЕТКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ (ОДНА ИЗ 4-Х ОЦЕНОК)

СОВОКУПНОСТЬ ПРОЕКТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ (4 ГРУППЫ СВОЙСТВ)

ПОДМНОЖЕСТВО КОНЦЕПЦИЙ ПО КРИТЕРИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРАДИЦИЙ

ЛИНГВИСТ ИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ВАРИАНТОВ КОНЦЕПЦИЙ

НЕЧЕТКИЕ КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ВАРИАНТОВ КОНЦЕПЦИЙ

НЕЧЕТКИЕ ЧИСЛА ОЦЕНКИ АТРИБУТОВ КОНЦЕПЦИЯ

МНОГО АТРИБУТНОЕ ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИИ С ЛИНГВИСТИЧЕСКИМ ПРЕДСТАВЛЕНИЕМ

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ СФОРМИРОВАННЫХ КОНЦЕПЦИЙ; ОПИСАНИЕ СФОРМИРОВАННЫХ КОНЦЕПЦИЙ ПО УЗЛОВЫМ МЕСТАМ С ПРИМЕРАМИ ВОЗМОЖНЫХ СХЕМНЫХ РЕШЕНИЙ; ОСОБЕННОСТИ СФОРМИРОВАННЫХ КОНЦЕПЦИЙ; ПРОГНОЗ СТЕПЕНИ ИСТИННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ; ВОЗМОЖНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ СПЕЦИФИКАЦИИ УЗЛОВЫХ МЕСТ СФОРМИРОВАННЫХ КОНЦЕПЦИЙ.

Рис.4.

Однозначного определения понятия «знания» нет. Однако приводимые в различных работах формулировки вполне приемлемы для использования на практике и базируются

на подходе, раскрывающем понятие «знания» через набор его специфических характеристик.

Для решения поставленной задачи автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов важны модели представления знаний в ЭВМ, отвечающие следующим требованиям: однородность представления; простота понимания; непротиворечивость; полнота. Под моделью знаний понимается некоторое неоднородное множество с определенным на нем набором отношений, предполагающим некоторую решающую процедуру, устанавливающую истинность или ложность отношения. Известно, что в системах с базами знаний решение о выборе способа представления знаний оказывает огромное влияние на все части системы. Чем выше уровень представления, тем более ясно воспринимает его человек; чем ниже - тем легче его обработка компьютером. Форма же представления знаний существенное зависит от решаемых задач.

На основе анализа известных моделей представления знаний: декларативных (описания выполняемых процедур не содержатся в явном виде; предметная область представляется в виде описания ее состояния, а вывод решений основывается на процедурах поиска в пространстве состояний) и процедурных (семантика непосредственно заложена в описание элементов базы знаний; общие правила и правила вывода представлены в виде специальных целенаправленных процедур) выявлено, что в целом, ни один из рассмотренных способов представления знания не обладает такими преимуществами, которые позволили бы полностью проигнорировать другие. Выбор способа представления знания во многом определяется решаемой задачей, а также другими конкретно-значимыми факторами.

Основной формой существования знания в интеллекте человека, как известно, является форма прошлого опьгга, осмысленного и включенного в определенные связи с другими элементами содержимого памяти. Именно она составляет информационную базу мышления и существует в памяти в виде его содержимого. Если говорить о моделях, отражающих не только лингвистический, но и деятельностный опыт специалиста, необходимо отметить фреймы и скрипты (сценарии), базирующиеся на когнитивных структурах, называемых схемами. Данные модели знания имеют вполне определенную психологическую реальность, особенно для представления устойчивых структур прошлого или ситуаций.

Вообще же, существующие глобальные модели памяти практически моделируют только семантическую память, отсекая психологические и лингвистические единицы и отражая не индивидуальный, а коллективный опыт. При моделировании системы знания, как показано в ряде работ, происходит подмена психологических единиц логико-лингвистическими единицами, что ведет к изменению объекта моделирования. При постановке задача моделирования знания субъекта практически решается задача моделирования коллективного знания, имеющего внешнее выражение средствами естественного языка. Все это является следствием определенных трудностей, возникающих при переходе от внутреннего представления об объекте к внешнему. Поэтому единственно реальным объектом моделирования является знание, имеющее явное внешнее выражение и зафиксированное на различных видах носителей информации, то есть коллективная память. Такая память существует в виде совокупности

текстов, словарей, справочников, энциклопедий, описывающих рассматриваемую предметную область и раскрывающих систему применяемых понятий и классификаций. Наиболее полное выражение знание имеет в текстах, описывающих приводы заданного целевого назначения. Именно данные тексты и служат объектом моделирования знания. Анализ текстов состоит из двух основных этапов: выделение и явное представление структуры содержания отдельного текста; объединение отдельных структур содержания конкретных текстов и построение на этой основе общей системы знания рассматриваемой предметной области.

Если процесс решения задачи не укладывается в рамки профессионального опыта конструктора, то происходит плавное снижение уровня компетентности и, следовательно, постепенное ухудшение качества принятого решения. Кроме того, конструктор, практически всегда принимает решения под влиянием текущей ситуации и эмоционального фона, из-за чего каждое решение имеет индивидуальные тона.

По мере приобретения квалификации появляется и проявляется способность за все более короткое время воспринимать все большие объемы знаний. Известно, что в долговременной памяти специалиста хранятся символьные образы, объединенные в блоки, запоминаемые и извлекаемые как единое целое, то есть объекты и связи между ними называемые чанкамн. Средний специалист в конкретной предметной области помнит от 50000 до 100000 чанков. Накопление в памяти человека такого объема знаний и построение для него системы связей требует от 10 до 20 лет. Из-за ограниченности собственных; ресурсов конструктор выполнять поиск в пространстве альтернатив избирательно, сводя к минимуму бесполезную работу. Путем использования собственного воображения, разработчик может использовать способность человеческого сознания к формированию концептуального решения в окружении большого числа изолированных, слабо связанных и зачастую противоречивых требований и ограничений проблемной области. Согласно предстазленного алгоритма принятие решения при автоматизированном формировании концептуального решения привода представляет собой процесс выявления наиболее истинных структур, вытекающих из сопоставления требований технического задания и имеющихся описаний приводов. Данный процесс характерен для решений, обладающих неопределенностью и наиболее свойственных специалисту.

При принятии решений проектировщику приходится иметь дело со знаниями, мнениями и предположениями, разделяемыми очень расплывчатыми границами. При автоматизации концептуальной стадии проектирования и заполнении соответствующих баз знаний подобное разделение информации позволяет корректировать оценки степени достоверности информации, представленной в различных текстах.

Авторы рассматриваемых текстов выступают в роли группы экспертов; уровень степени достоверности (истинности) их высказываний, полученных в результате анализа текстов, определяется путем оценки числа подтвержденных или неподтвержденных прогнозов, предположений и заключений. Дополнительно используется коэффициент относительной истинности конкретного эксперта. Основу для базы знаний составляют сведения, относящиеся к утверждению специалистом возможности чего-либо, так как в этом случае эксперты бывают правы значительно чаще, чем в случае отрицания возможности чего-либо.

То, что известно проега^виянгам как «качественное», «вяяетея нечетким способом осознания различий. В ripoaecce штзевия конструктор оаределаег объекты и ношения между нями. Главной целью етакошпсх поаишеиие объективности суждений к ооякжеяке ст»а«со.ч большой субъективности, что требует установки приоритетов при авкжатзашге концептуального кроесткроьаяия. даже несмотря на возможную несогласованность суждений скеаимисгов. Использование нечетких чианай ознзчает, что все применяемые и рассчдаргааеыке уровни сгеяенд достоверности высказываний «рак шчсекн представляют собой фуккшоо принадлежности нечеткого множества первого рода, к» есть субъективную опенку степени принадлежности прошоза спеаиачиста «»ожестеу вожгвсржкиощйх прогнолоз.

"10, что прсч-кшрозщяж иодразумсвдет под объективностью, есть разделенная суоьскгныюаь. Наше чувстакшое аошртштие действует сиешфически, ноэгому, т.могря пи crapaviiis быть объективными при интерпретации опыта, способность понимать я аСч'грагорокт. - очень еубъеггавиа и, чаще всего, служит .точным нуждам-Поэтому, формируемые иерархические нредэтаалеаах приводов будут объективны только г соогвсгствпи с со»а«еииым определена«!* каждою конкретного эксперта, так как отражают коллгктиьш.ш опыт.

Предаочсжсвкя. прнняше пра яос-фоеяии модели знания, в совокупности с положениями ряда азвестикх работ ».утолили предложить уточненную кшщешшю пространства ярвектпровааоя приводов (ПШ'Ъ, позволяющего учесть субъективные факторы п ж'жду различными данными.

ППП представляет coóJh сипи о« множество отдельных ошсааиЯ приводов и ироиессов их функционирования, с указанием внутри- и чеждууровневых связей и я«л!к-;ся чв-шрахмерлым вространсгяом с осями: филяческих эффектов, физического схемного описания; технического решения; парамегров. Если фаздчесите эффекты и их совок)гакс-ь ¡физическое схемные описания) рассматривать » рамках пекяпм фииетесютв лрянаяп действия, то ППП будет иметь следующие оси: физического ярягашов дейсгви«: чехиичеекого решения; параметров; времен» {¡волюцнмшо-риюлюшю-шых процессов). Каждому физическому эффекту в пространстве проектировали« приводов будет соответствовать пирамида, представленная на рис. 5.

К'овкрстяив физический эффетег может быть реализован при помощи рационально» Физической схемы, оареаетаемой. в общем случае, на основе критериев физической реализуемости и экономической выгодности. Рациональной физической схеме соогветегвует рациональное техническое решение, отвечающее критерию технической реализуемости. Рациональное техническое решение находит свое коцетруктизиое воплощение в впде объекта с опгимхтшшш параметрами. Рассматривая физические дфФектн я есч^кетствугошие ям совокупности фичпческих схем в рамках понятия физического пряшшоа дейегаия (ФПД) имеем: сшреяеаешюму ФПД соответствует подмиожесгво рацтюяадкйых варпаигев концепций приволок; рациональные кон-цс;пу8.г(ькые решения «ршода» принятые для дальнейшей проектной проработки, решай) отся в вид« определенного рашональното технического решения tTP) конструкции оровом с олтшагшыми параметрами. При этом и рациональность ТР. » нптималъкость параметров реализации ТР, определяются применительно к требованиям кояц~е-птон задачи.

.^¿шетсекас'

-Фтичес'Уй!,' ;.фйл; :..<

ФМЗЙ!Д«СКЙС'| 'схемы.' ?

Рис. 5.

В основе редлпшгоя ПП.П лежит пошаговый переход от обобюс«к«го привода, г;• 'рожл?"л 1 того на данном аростраясгве, к нее боле« конкретному ф^нкцнонатъко-филкчсскому кругу приводов, а в итоге к рашюна'гьным вариантам коякепгуальпых реш«ипй и их оптыальиым структурным и иарамеграческим реализациям, наиболее пшно удовлетворяющим предъявляемым требованиям.

Объектное описание вариантов цряшдо» чкляется резуяиагом нроаессиого ояисаиия, аоскодьку подапожес гвамп «роаессно-йбгекткой структуры являются П-ИЯИ деревья -збтектпне описания отдельных узлов лрцьода: деревья образуются входами и выходами процессов различных уровней. Исполмовавие коншпаяя ШШ позволяет нрйбдн'дш. работу системы авюмкптюти К'СТШ к манере спеииашста-копсгруктора: подучетю процессного описания скстемы в качестве исходных данных; анализ входов и выходов доделенных процессов; получение признаков обьектного строения системы.

Блок-схема разрабо i '<}.'. ЗПйЬГЛВ ГфЛЮДСВ, ОСЛЮБЗЬ'НаЯ УдД hiffl.

тредсиавяеиа на рис. 6. В качестве исходных данных используются т>яучепмые збобшеннал функшюнхзьаая схема привода, функциональные схемы основных тшк»я 7рвводов. конструктивная и потокозая функциональные егруггуры, результаты анвлпзд {>уикц«й привода.

Далее в ппше приведен пример уавссвфнкапии, ясобходимой для прозедедгая шнгвистической апвроксамашш возможных вариантов прмвоаш технотогических мяга ю е;х угловым местал!.

Глава 5. ¡'¿lipaßiHKii да^фврчашюцко-чегадячеекого оОеспечс-шш aiwovia'!«-шрозшшой поддержки козщепгтуалмюй стакш проектирования приводов.

В соответствии с разработанным алгоритмом автоматюации копцеятуачьней стадш ¡рсектирования аз первом этапе, на основании вводимой пользователем информации, .ючиквтея описание компонент технической функции привода в сдсдуюшей 1ос,тедо»атезьиос1 и: G, D. Н.

Компонента I ::: К1 - D - состоит пз двух дшгвпешчеекмх переменных 1 и 2: ЛШ • 'Дяшкеипе?-; ЛП2 = <Парамегры>;

Рис. 6.

Компонента 2 = К2 = О - состоит из двух лингвистических переменных 3 и 4: ЛПЗ = <Рабочий орган>; ЛП4 = <Технологнческая машина>;

Компонента 3 = КЗ = Н - состоит из одной лингвистической переменной 5: ЛП5 = Особые условия>.

ЛПЗ или <Рабочий оргаи> технологической машины может иметь два значения: инструмент или заготовка, то есть: ЛПЗ = <Рабочий орган> = <РО> = <Инструмент> V <3аготовка>.

ЛП4 или <Технологическая машина> представляется через сочетание описания класса оборудования и технологической операции. Класс оборудования, например: металлорежущие станки; кузнечно-прессовое оборудование; литейные машины и промышленные роботы. Технологические операции: основная; вспомогательная и транспортирование. Имеем:

ЛП4 = <Технологическая машина> = <Оборудование> (<0>) л <Технологическая операция> (<ТО>);

<Тех но логическая опсрация> (<ГО>) = <ОТП> V <ВТП> V <Тр>;

<Оборудование> (<0>) = <МРС> v <КПО> v <ЛМ> v <ПР>;

Каждый класс оборудования представляется совокупностью выполняемых операций, характерных именно для данного класса оборудования, например для кузнечно-прессового оборудования имеем: <0> = <КПО> - <Раздел1 выполняемых операций> V <Р20> v <РЗО> v <Р40> v <Р50> v <Р60> v <Р70> v <Р80> v <Р90>; <РЮ> = <Р1 1> V <Р1.2>; <Р20> = <Р2.1> V <Р2.2>; <РЗО> = <Р3.1> V <Р3.2> V <РЗ.З> V <Р3.4>; <Р40> = <Р4.1> V <Р4.2>; <Р50> = <Р5.1> V <Р5.2> V <Р5.3> V <Р5.4>; <Р60> = <Рб.1> V <Р6.2>; <Р70> = <Р7.1> V <Р7.2>; <Р80> = <Р8.1> V <Р8.2>; <Р90> = <Р9.1> V <Р9.2>.

Каждому разделу выполняемых операций ставится в соответствие некоторое множество конкретных единиц оборудования. Конкретные единицы оборудования, принадлежащие данному множеству, изучаются с целью сбора статистической информации об используемых приводах (принцип действия основного двигателя и его тип по конструктивной реализации). Например, в разделе базы знаний <0> == <КПО> = <РЗО> = <Р3.1> имеем: <ТО> = <ОТП> - гидропривод - СРста- = 0,6; электропривод - СРстат = 0,4; пневмопривод - СРои = 0,0; гидропривод - СР™ *= 0,5; электропривод - СБт-н = 0,5;

пневмопривод - CF™, = 0,0; <ТО> = <ВТП> - гидропривод - CF,^ = 0,7; электропривод -CFcrer = 0,3; пневмопривод - CFraT = 0,0; гидропривод - CFTC„ = 0,6; электропривод - CFTO1 = 0,4; пневмопривод - CF„H = 0,0.

Тогда, на основании входной информации, получаемой от пользователя (<РО>; <ТМ>), машина вывода определяет прототипкые варианты концепций привода по ФПД основного двигателя. Основой для выбора являются не только степень истинности правила на основании статистических данных СТсж, но и степень истинности правила на основании тенденций развития CF-пм. При этом степень истинности правила на основании тенденций развития относится к нечетким знаниям и. рассматривается как функция принадлежности нечеткого множества первого рода. Степень истинности правила на основании статистических данных относится к четким множествам, однако, с целью приведения к общей системе расчетов, четкое множество будем рассматривать как частный случай нечеткого множества, что позволяет нам определить и степень истинности правила на основании статистических данных как функцию принадлежности нечеткого множества первого рода. При автоматизации концептуальной стадии проектирования используется бесконечное множество оценок истинности знания, характерное для систем с нечеткой логикой. Степень истинности правила на основании тенденций развития добавлена с целью включения в рассмотрение наиболее широкого круга вариантов приводов и сглаживания тенденции старения базы знаний.

Единичные события представляются через описания класса оборудования, раздела выполняемой операции и технологической операции, характерные для конкретной единицы оборудования. Например, t-j = (<РО> = <3> = <тип2>) л ((<ТМ> = <0> = <МРС> = <Шлифование> л <ТО> = <ВТП>)= <содержание2.1.:2-1.2>) = (<привод2> = <гндропривод> (станок мод. ЗЛ722В)). В общем случае: е; = (<РО> = <тип k>) а ((<ТМ> = <0> л <ГО>) = (-«содержание п. j. s>) = <привод f> (модель технологической машины)), где:

к - номер типа, равен 1 (инструмент) или 2 (заготовка); п - номер класса оборудования: 1 - MPC; 2 - КПО; 3 - ЛМ; 4 - ПР; j - номер раздела выполняемой операции в данном классе оборудования; s - номер выполняемой технологической операции в рассматриваемом разделе выполняемой операции данного класса оборудования, для всех разделов выполняемых операций: 1 - ОТП; 2 - ВТП; 3 - Тр; f - номер вида привода по физическому принципу действия основного двигателя, для всех классов оборудования: 1 -электропривод; 2 - гидропривод; 3 - пневмопривод.

Обобщенное событие, описываемое через совокупность единичных событий, имеет вид: Ei = (<РО> = <тип к>) л (<ТМ> = сО> л <ТО>) = (Содержание п. j. s>) .= <привод f -PR m>, где: PR m - прототипность типа привода по ФПД двигателя, рассчитанная на основе субъективных оценок степеней истинности типа привода на базе статистических данных и тенденций развития. Пример описания обобщенного события: Ег$ = (<РО> = <3> = <тил2>) а (<ТМ> = <0> = <МРС> = <Шлифование> л <ТО> = <ВТП>) = <содержание2.1.:2-1.2) = (<привод î> = «гидропривод - PR 0,6>; «электропривод - PR 0,4>; <пневмопривод - PR 0,0>).

Прототипность каждого единичного события е, обобщенному событию Ej определяется как алгебраическая сумма множеств:

Прототипность I Ej) = PR (ej ! Ej) - CFstal + CFien - CFstat © CFten ;

Используемое понятие проготигаюсти варианта концепции привода по ФПД основного двигателя определяется как разновидность понятия нечеткости через алгебраическую сумму нечетких множеств степени истинности правила на основании статистических данных и степени истинности правила аа основании тенденции развития, что позволяет расширить круг первоначально рассматриваемых типов приводов.

В зависимости от исходных данных подсистема автоматизации КСПП активизирует наиболее прототипные сценарии, определяемые как образ развития событий.

В качестве формализма описания знаний используются правила-продукции. Основным элементом языка представления знаний является конструкция вида: ЕСЛИ <условие> ТО «действие».

Узловым выводом первого шага первого этапа является формирование вариантов концепций привода по физическому принципу действия основного двигателя с определенньм значением степени истинности прогноза (прототипности обобщенного события).

Далее в главе рассмотрен пример автоматизированного формирования концепций приводов по компоненте О описания их технической функции.

Второй шаг первого этапа автоматизации концептуальной стадии проектирования представляет собой двухэтапньш итерационный процесс, осуществляемый в следующем порядке: усечение пространства проектирования приводов по ЛГИ = <Движение> компоненты О; уточнение результатов первого подэтапа второго шага и дальнейшее усечение пространства проектирования приводов по ЛП2 = <Параметры> компоненты Р.

ЛП1 = <Движение> = <Вращагельное> v <Поступательное>;

<Вращательное> = <Неограниченное> V <Ограниченное> л <Реверсивное> V <Нереверсивное>;

<Поступательное> = <Реверсивное> V «Нереверсивное».

В качестве формализма описания знаний используются правила-продукции. Основным элементом языка представления знаний является конструкция вида: ЕСЛИ <условие> ТО <действие>. <Действие> = «имя объекта>, <значение>, сстепень достоверности значения>; <имя объекга> = <ссновной двигатель> = <двигатель>; <значение> = <мотор, поворотный, линейный>. Степень достоверности значений является обобщенной субъективной оценкой результатов анализа статистических данных и тенденций развития, обозначается СР^,,, и представляет собой функцию принадлежности нечеткого множества первого рода. «Условие» представлено следующим образом: с1 V с2 v сЗ v с4 v с5 v сб, где: с! = «движение вращательное неограниченное л реверсивное> = <дв вр но л р>; с2 = <движение вращательное неограниченное д нереверсивное» = <дв вр но л нр>; сЗ = «движение вращательное ограниченное а реверсивное» = <дв вр о л р>; с4 = <движение вращательное ограниченное а нереверсивное» = <дв вр о л нр>; с5 = «движение прямолинейное реверсивное» = <дв пр р»; сб = «движение прямолинейное нереверсивное» = <дв пр нр>. Степень достоверности значения равна: «степень достоверности значения» = «с1: М - СРдаиг = А; Л - СРда,,- = В>; <с2: М - СРДВИГ = А; Л -СРдвиг = В»; «сЗ: М - СРетиг = А; П - СРдаг = С; Л - СРДВЯ, = В»; <с4: М - СРД„ИГ = А; П -СРШИГ= С; Л - СРШ„Г= В»; <с5: М - СРа№ =А; Л - СРд,щ-=В»; «сб: М - СРдаиг =А; Л - СР^ =В».

Узловым выводом первого подэтапа второго шага является формирование вариантов :онцепций привода по типу конструктивной реализации основного двигателя с >пределенным значением степени истинности прогноза. В главе рассмотрен пример втоматизированного формирования концепций приводов по первой части компоненты П (писания их технической функции.

Типу двигателя по конструктивной реализации соответствует определенный раздел ¡торой части компоненты Б: ЛП2 = <Параметры>. ЛП2 = <Параметры> = <Сила> л 'Быстродействие>л<Эффективность функционирования;-; <Сила> = <Линейное усилие "> V <Крутящий момент Мкр>; <Линейное усилие Е> = <малое, среднее, большое>; ЗСрутящий момент Мкр> = <малый, средний, большой>; <Быстродействие> = <частота ращения п> V < линейная скорость \>; <часгота вращения п> = <низкая, средняя, ¡ысокая>; < линейная скорость У> = <низкая, средняя, высокая>; <Эффективность рункционирования> = <пониженная, нормальная, повышенная>; <пониженная> = ^возможное снижение эффективности функционирования не ведет к значимым госледствиям>; <нормальная> = <возможное снижение эффективности функционирования ведет к приемлемому ухудшению экономических показателей>; :повышенная> = <возможное снижение эффективности функционирования ведет к :атастрофическим последствиям;».

Введя лингвистические переменные Рс, Рэ$, Ре на множествах С, Эф, Б с базовыми качениями Тс = {ась асг> асз} = {малый, средний, большой}, Тэф = {аэфь аэфг, аэфз} = ^пониженная, нормальная, повьппенная}, Тб = {авь ав2, авз} = {низкая, средняя, высокая} меем обобщенную лингвистическую переменную Р\у на множестве У/ = СхЭфхБс ¡азовыми значениями Ту/ = {осчуь Ычп, «•■л'з. а\У4, ауц, «\У6. о-жг, а1ую> о^уп, адап. к\У1з, сс-^н, а\У15, ау/1б, о;\у18> сцу2о> аут, о-т, и\У23> и\ч24, ос\у25> а\¥2б> а^г?},

На практике каждой входной нечеткой ситуации ставится в соответствие не один ¡ариант узловых мест (вариант концепции), а каждый возможный вариант узловых мест с шределенной степенью истинности, то есть, нечеткое множество на множестве выходных ¡талонных ситуаций.

Функции принадлежности нечетких множеств определены на основе анализа тек-¡товых данных различных источников информации и являются фактами (задаваемыми денными), имеющими следующее представление:

<Сила>: «малый» {^/(аО, ц^Саа), .... цДак)}; «средний» {Ц1/(а|), рг/(аг), -, нДак)}; (большой» {Ц1/(а(), Р2/(аг), цДак)};

<Эффективность функционирования>: «пониженная» {[^/(а]), ^/(аг), ..., цДа^)}; (нормальная» {\1\1(гц), №/(а2), ....цДак)}; «повышенная» а^, М2/(аг),..., цДа^)};

<Быстродействие>: «низкое» {щ/(а1), Цг/(аг). •••7 иДаО}; «среднее» {щ/(а\), р:/(а2),..., 1„/(ак)}; «высокое» {р.1/(а3), Цг/(а2), ■••, щ/(аО},

где: числа в скобках (а)), (аг), (аи) - значение параметра в принятых единицах пмерения; числа перед косой чертой ць рг, - значения функции принадлежности для

энного значения параметра

Обобщенное выходное высказывание представляется следующим образом:

ЕСЛИ X <ру/ есть аи>, ТО В^: <Ру есть где:) - число возможных сочетаний

'зловых мест привода (выходных высказываний).

Тогда имеем: ЕСЛИ А^ ¡: <ßw есть ТО («гидропривод» - Bji: <ßv есть v3i> с pm?

(у,-]) = max; «электропривод» - Bj2: <ßv есть vj2> с Pmp (vj2) = max; «пневмопривод» - Bj3: <ßv есть Vj3> с ¡Xmp (Vj3) = max;) Bj: <ßY есть vä> с p„[> (Vj) = max.

To есть, для определенных фактов (входных значений) более предпочтительным является тот вариант узловых мест, при котором степень истинности правила modus ponens по схеме вывода (1) имеет наибольшее значение.

Ей:<ЕСЛИЁ;,ТО(г,,/В^); <А' - истинно); (1)-

(В' - истинно).

На втором подэтапе второго шага первого этапа автоматизации концептуальной стадии проектирования к основным узловым местам приводов технологических машин будем относить следующие блоки и элементы:

• основной двигатель - для электропривода: электромотор: двигатель постоянного тока, асинхронный двигатель, синхронный двигатель; линейный электродвигатель; шаговый электродвигатель; для гидропривода - гидроцилиндры: по направлению действия рабочей среды (одностороннего и двустороннего действия); гидромоторы: по коэффициенту высокомоментности (высокомоментный, низкооборотный и низкомоменгный, высокооборотный); поворотный гидродвигатель; для пневмопривода -пневмоцшшндры: по направлению действия рабочей среды (одностороннего и двустороннего действия); пневмомогоры: по стабильности крутящего момента (стабильные, пульсирующие); поворотный иневмодвигатель.

• изменение скорости движения выходного звеиа двигателя - нет: нерегулируемый привод, изменением передаточного отношения (механический способ изменения); есть: для электропривода - параметрическое регулирование, автоматическое регулирование; для гидропривода - дроссельное, объемно-дроссельное, объемное регулирование; для пневмопривода - дросселями, регулированием давления, с подключением емкости, комбинированные.

• наличие устройств кинематической цепи - нет; есть: редуктор (силовая передача), устройства преобразования вида движения.

• наличие разгружающего контура активного контроля - нет: перекрытие или отключение двигателя, противовключение; есть: останов или торможение с помощью различных тормозных устройств.

Узловым выводом второго подэгапа второго шага является формирование концепций привода по возможным вариантам сочетаний узловых мест приводов с наибольшим значением степени истинности правила modus ponens по схеме вывода (1).

Кроме того, в зависимости от конкретных особенностей класса оборудования и выполняемой операции второй подэтап второго шага может содержать дополнительные промежуточные системы принятия решения, с целью более точного определения соответствующего раздела базы знаний и, следовательно, степени истинности вывода. Далее в главе рассмотрен пример автоматизированного формирования концепций приводов по второй части компоненты D описания их технической функции.

На третьем шаге первого этапа автоматизации концептуальной стадии проектирования производится формирование вариантов решений по компоненте Н описания технической функции привода. Данная компонента представляет собой лингвистическую

еременную <Особые условия», определенную через ряд составляющих переменных: П5 = «Особые условия» = «Размещение оборудования» л <Пожароопасность> л Взрывоопасность> л <3атрязнение> л <Гемпература> л «Воздействия воды>, которые ыявлены исходя из стандартных процедур выбора двигателей по конструктивному сполнешпо с учетом условий эксплуатации. На самом деле содержание ЛП5 значительно гире: здесь и экологические факторы воздействия привода на окружающую среду, акторы воздействия на здоровье рабочих и обслуживающего персонала, особенности ункционального описания привода, ограничения различного вида на состав и заимосвязь узловых блоков и элементов. Однако по соображениям экономической ффективности целесообразно ограничиться вышеперечисленным набором переменных.

В главе приведено полное описание шести составляющих переменных ЛП5. 'ормализм описания знаний представляет собой правила - продукции с основным цементом языка представления знаний - конструкцией вида: ЕСЛИ <условие> ТО действие». Ввод знаний в подсистему во время выполнения третьего шага автома-изации концептуальной стадии проектирования происходит в режиме диалога; вывод - на снове базы правил. Описание действия имеет вид: <действие> = <имя объекта», значение», «степень достоверности значения». Применительно к ЛП5 имеем: «имя бъекта» = «основной двигатель»; «значение» = «нормальное исполнение, специальное сполнение». Степень достоверности значения на данном шаге определена на основе ана-иза текстовых данных, то есть косвенной обработки значений коэффициентов :стинности различных экспертов, и обозначается СБ0Гр. В главе представлены: полное писание 29 единичных «условий», 60 комплексных «условий» и 24 «действий»; «осмотрен пример автоматизированного формирования концепций приводов по :омпоненте Н описания их технической функции.

Узловым выводом третьего шага первого этапа является формирование концепций [ривода по возможным вариантам особенностей исполнения основного двигателя с [аиболылим значением степени истинности.

Результатом первого этапа - процесса уточнения технической функции привода -шляется формирование ограниченного множества конкретных концептуальных решений, щределенных то принципу действия, типу и особенностям исполнения основного двига-•еля, а также по основным узловым местам привода.

На втором этапе основным является определение, оценка и выбор концепций, федставленных через совокупность альтернативных расширенных вариантов узловых тест.

На основании общей и частных мер технической приспособленности' концепций, формируется наиболее подходящий для выполнения требуемой задачи вариант привода. Эценка проводится то 21 критерию (4 группы). Важность критериев в группах >пределяется пользователем, в зависимости от особенностей технического задания. Веса щенок определяются методом собственных векторов в соответствии с рангом важности сритерия, введенного пользователем. Вычисленные веса параметров оценки эасполагаются в порядке возрастания по каждой группе критериев отдельно. Количество ¡начений весов определяет количество фокусирующих множеств А и базовые вероятности и для каждого множества.

Поскольку на втором этапе автоматизации концептуальной стадии проектирования работа ведется с нечетким (недостоверным, неточным) знанием, то важнейшими характеристиками являются мера возможности и мера необходимости. В теории нечетких систем данные меры представляют собой несуммируемые меры, что дает возможность пользователю получать решения с учетом свойств альтернативности и комплементарности. Использование несуммируемых мер позволяет смягчить условия независимости параметров оценки и сгладить явления нарушения порядка, вызванное добавлением сходных критериев оценки.

При выборе варианта концепции привода как альтернативного решения - выбор по

у* =|у;тахЕ*(^)|; при выборе варианта концепции привода как дополнительного

решения - выбор по у, = тахЕ.(^)|, где: {} - оценочное значение ]-го

альтернативного проекта. Ожидаемые значения задаются путем интегрирования по методу Руби-Густилчеса:

1.Ожидаемое значение, связанное с Ве) - верхнее ожидаемое значение - Е :

¡\л№.(у)= Ут(А)-шах^х)

Л, АсХ

2. Ожидаемое значение, связанное с Р1 - нижнее ожидаемое значение - Е» : Е.Ю= ^ш(А)-ттДх)

асх хеа

При использовании суммарной или объединенной многоцелевых оценок имеем промежуточное решение.

Узловым выводом второго этапа является формирование расширенного варианта узловых мест привода на основе одной из многоцелевых оценок.

Расширенные варианты узловых мест привода представляют собой функционально и принципиально развитые альтернативы сочетаний узловых мест привода, полученных на втором подэтапс второго шага автоматизации концептуальной стадии проектирования, и имеют следующий вид:

I. Основной двигатель:

• электропривод - мотор: 1. Двигатель постоянного тока: 1.1. С электромагнитным возбуждением; 1.2. Высокомоментный с возбуждением от постоянных магнитов; 1.3. Малоинерционный с возбуждением от постоянных магнитов; 1.4. Бесконтактный с возбуждением от постоянных магнитов. 2. Двигатель переменного тока: 2.1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором; 2.2. Асинхронный двигатель с фазным ротором (контактными кольцами); 2.3. Синхронный двигатель активного типа с электромагнитным возбуждением, 2.4. Синхронный двигатель активного типа с возбуждением от постоянных магнитов. Линейный двигатель: 1. Постоянного тока: 1.1. С неподвижным магнитным полем. 2. Переменного тока: 2.1. С неподвижным магнитным полем; 2.2. С перемещающимся (бегущим) магнитным полем асинхронного типа; 2.3. С перемещающимся (бегущим) магнитным полем синхронного типа. Шаговый двигатель: 1. Переменного тока: 1.1. Шаговый двигатель активного типа (с постоянными магнитами); 1.2. Шаговый двигатель реактивный.

• гидропривод - мотор: 1.Высокомоментный: 1.1. Низкомоментный мотор (аксиально-поршневой с наклонным диском) - редуктор; 1.2. Низкомоментный мотор (аксиально-поршневой с наклонным блоком) - редуктор; 1.3. Высокомоментный мотор. 2. Низкомоментный мотор: 2.1. Шестеренный; 2.2. Поршневой: 2.2.1. Аксиально-поршневой с наклонным диском; 2.2.2. Аксиально-поршневой с наклонным блоком. Линейный двигатель: 1. Одностороннего действия: 1.1. Поршневой; 1.2. Плунжерный. 2. Двустороннего действия: 2.1. Поршневой. Поворотный двигатель: 1. Пластинчатый; 2. Поршневой; 3. Гидроцилиндр - передача.

• пневмопривод - мотор: 1. Со стабильным крутящим моментом: 1.1. Лопастной; 1.2. Винтовой; 1.3. Турбинный. 2. С пульсирующим крутящим моментом: 2.1. Поршневой; 2.2. Шестеренный. Линейный двигатель: 1. Одностороннего действия: 1.1. Поршневой; 1.2. Сдвоенный; 1.3. Телескопический; 1.4. Мембранный; 1.5. Шланговый; 1.6. Вращающийся. 2. Двустороннего действия: 2.1. Поршневой; 2.2. Сдвоенный; 2.3. Телескопический; 2.4. Мембранный; 2.5. Многопозиционный; 2,б.Ударный; 2.7. С гибким штоком; 2.8. Вращающийся. Поворотный двигатель: 1. Двухпозиционный: 1.1. Пневмоцилиндр - рейка; 1.2. Шиберный; 2. Многопозиционный: 2.1. Поршневой; 2.2. Шиберный.

2. Изменение скорости движения:

• электропривод: 1.1. С тиристорным силовым преобразователем (гиристорные выпрямители); 1.2. С транзисторным силовым преобразователем (импульсный преобразователь на основе транзисторных ключей).

• гидропривод: 1. Дроссельного управления: 1.1. С постоянным давлением - 1.1.1. Дроссель на входе; 1.1.2. Дроссель на выходе; 1.2. С переменным давлением - 1.2.1. Дроссель параллельно гидродвигателю; 1.3. Для дифференциальных гидроцилиндров; 2. Объемно-дроссельного управления: 2.1. Гидроаппарат - регулируемый насос с регулятором подачи; 3. Объемного управления: 3.1. Регулирование насосом; 3.2. Регулирование гидродвигателем; 3.3. Регулирование насосом и гидродвигателем.

• пневмопривод: 1 .Дросселями: 1.1. Постоянного сечения; 1.2. Переменного сечения; 2. Регулированием давления: 2.1. Редукционный клапан на напорной линии; 2.2. Редукционный клапан на выхлопной линии; 2.3. Редукционный клапан на напорной и выхлопной линиях; 3. С подключением емкости: 3.1. На входе; 3.2. На выходе.

3. Устройства кинематической цепи:

• редуктор (силовая передача): 1. Цилиндрический; 2. Червячный; 3. Планетарный; 4. Волновой.

• устройства преобразования вида движения: 1. Винт - гайка качения; 2. Зубчатая реечная передача; 3. Гидростатическая передача червяк - рейка.

4. Разгружающий контур активного контроля:

• встроенные - тормозное устройство объединено в единый конструктивный узел с исполнительным двигателем или рабочим органом;

• автономные (внешние) - тормозное устройство представляет собой отдельный узел или механизм, в том числе и со своим приводом.

Далее в главе рассмотрен пример автоматизированного формирования концепций приводов на этапе «Уточнение проектных показателей».

Как уже подчеркивалось, условия производства конкретного потребителя выдвигают не только общие, но и индивидуальные критерии, связанные с технологическими

традициями, наличием оборудования и специалистов. В связи с этим в процесс автоматизации концептуальной стадии проектирования введен третий этап - этап контроля корректности выбранного решения с точки зрения технологических традиций предприятия или производственной политики в целом. Данная оценка реализована с использованием блока лингвистической аппроксимации на основе лингвистических переменных. В качестве входной информации используются варианты ответов пользователя на 6 входных вопросов: вариант поставки привода; тип варианта привода по ФПД основного двигателя; наличие соответствующего опыта; наличие специалистов; соответствие сформированного решения производственной базе предприятия; соответствие сформированного решения перспективам развития предприятия.

На основании свойств и атрибутов объектов оценки, полученных из ответов пользователя, идентифицируется процесс оценки альтернативных вариантов концепций приводов специалистами с точки зрения технологических традиций, оснащенности предприятия и накопленного инженерного опыта.

Нечеткие числа, соответствующие описаниям, определены как треугольные нечеткие числа (ц, л, п) в [0, 1], где: ц - центр, лип- величины нечеткостей слева и справа. Определения реализованы на основании разработанных вербальных выражений истинности, с учетом особенностей диапазона шкалы истинности. Также разработаны и представлены словари соответствия между описанием и нечеткими числами для входных вопросов «соответствие сформированного решения производственной базе предприятия», «соответствие сформированного решения перспективам развития предприятия» и словарь, устанавливающий соответствие между комплексной оценкой и описанием.

Нечеткая оценочная функция {имеет вид:

\= ^и "вариант поставки привода", и "тип привода по ФПД", и "наличие опыта", и "наличие специалистов", II "соответствие производственной базе", и "соответствие перспективам развития" ) = 1х1х1х1х(0,8рга+0,2|л.Пр),

где: 0,8 и 0,2 соответственно нечеткие числа (0,8; ОД; 0,1) и (0,2; 0,1; 0,1).

Проверка варианта концепции привода ведется на основании разработанной базы правил. В главе рассмотрен пример автоматизированного формирования концепций приводов на этапе «Анализ решения по критерию технологических традиций».

Основным назначением четвертого этапа автоматизации концептуальной стадии проектирования является формирование итогового отчета, содержащего следующие данные: функциональное описание; описание концепций по основным узловым местам на естественном языке или в виде схемного решения; особенности сформированных вариантов концепций; прогноз степени истинности обеспечения назначения привода сформированными вариантами концепций; возможный перечень спецификации для основных узловых мест привода.

Функциональное описание представляет собой адаптированный вариант сформированных узловых мест и функциональной схемы обобщенного привода. Расширенное описание концепции привода по основным узловым местам в общем случае выводится на естественном языке, хотя может быть представлено и в виде схемного решения, характерного для сформированных вариантов узловых мест привода. Естественная форма представления концепций достаточно подробно описывает особенности привода и, вместе с тем, не ограничивает проектировщика (имеющего достаточный опыт и квалификацию) вариантами схемных решений.

30

Прогноз степени истинности обеспечения назначения привода сформированным ириантом концепции выдается на основании значений степеней истинности, полученных а различных этапах формирования концепций.

Возможный перечень спецификации для основных узловых мест привода опреде-яется путем сопоставления сформированного описания узлового места и базы данных яементов и узлов привода. Для электропривода выдается список имеющихся на рынке риводов, определяемый по базе данных в зависимости от <РО>, <ГМ>, <Дв>, имеющий правочно-рекомендательный характер.

При формировании возможного перечня спецификации для формализованного ыбора исполнительного гидродвигателя ротационного привода использован ори-инальный вариант коэффициента условного разделения гидромоторов. В главе ассмотрен пример автоматизированного формирования концепций приводов на этапе юрмирования итогового отчета.

Глава 6. Примеры автоматизации концептуальной стадии проектирования [риводов заданного целевого назначения.

Разработка схемы автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов ак процесса принятия конструкторских решений и соответствующего информационно-[етодического обеспечения позволили представить законченное техническое решение адачи автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов технологических ишин и оснастки, состоящее из следующих этапов:

• этапа 1: автоматизированного формирования концептуальных решений (АФКР) по иисанию технической функции привода, включающего:

шаг 1: АФКР привода по физическому принципу действия основного двигателя на основе показателя прототипности;

=> первый подэтап шага 2: АФКР привода по типу основного двигателя на основе показателя прототипности;

второй подэтап тага 2: АФКР привода по укрупненным узловым местам на основе вывода по нечеткому правилу modus ponens;

шаг 3: АФКР привода по особенностям исполнения основного двигателя на основе правил-продукций;

• этапа 2: АФКР привода по расширенным узловым местам на основе одного из «риантов многоцелевой оценки;

• этапа 3: АФКР привода по критерию технологических традиций предприятия на >снове многоатрибутного принятия решений с лингвистическим представлением;

• этапа 4: автоматизированного формирования итогового отчета, включающего: функциональное описание; описание расширенных узловых мест концепций с примерами юзможных вариантов схемных решений; особенности сформированных вариантов юнцепций; прогноз степени истинности обеспечения заданного целевого назначения тривода сформированными вариантами концепций; возможный перечень спецификации узловых мест сформированного варианта концепции.

Многоуровневая стратегия автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов представлена на рис. 7.

МНОГОУРОВНЕВАЯ СТРАТЕГИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИВОДОВ.

, „ описание компоненты 0-<1ч»л<тм> технической функции' привода

описание первой

части ; компоненть! • ; о=<Движеиие> : ; технической ;

функции привода

-описание второй части компоненты ;

. , »«Параметры»

(сила, эффективность " функционирования быстродействие) : ; те.хя№1£ской функции ■ .....мпиюла . :

описание

компоненты

н=<особые условия» технической функции • - привода

аовое мпожество

альтернативных : -

вариантов концепций ..(пространство проектирования- 1

тиводощ

совокупность проекте показателей; ; лншода ' " , -.. (4 группы свойств,

А1 кготй(№):»: ^

. анализ сф0гм11рьва1нг01; о • 5 ^варианта .концепции привода 1к). " критерию технологических. '-'i - традиций на .основе v | » | ' многоатрйбутного принятия | - решений с лшггвистняесмм .' : представлением ;

подмножество альтернативных вариантов конце1щий но фпд основною

двигателя (электро-, гидро-, * • пневмопривод) :поп&тлтыпилгт, ^

подмножество альтернатив ных вариантов концепций

по типу основного

: . двигателя (мотор, поворотный, линейный) "

: ИЛ.ПРГкТОТИПНПГТИ

подмножество альтернативных

вариантов концшшй по укрупненным узловым местам (основной двигатель, изменение скорости движения, устройства кинематической цеци, разгружающий коптур активного ^контроля) по НЕЧЕТКОЮ' прав1иу

.мощаромг« ... •

• " - подмножество альтернативных вариантов ■ ' - ' концепций , ; но особенностям основного двигателя (нормального или i сшлшллыюго исполнения)

. пп ПУл1ШЧл\|.т>п;1Ч.'П1Ш\1

, альтернативный вариант ко.чцепции

■ ■ . - ' ¡привода ■ ■ ■ •' '

: • 110 расширенным узловым местам

4 : ' (основной двигатель, измышше-- - скорости движения, устройства

«кинематической цепи, разгружающий

5 контур активного койтроля) по многоцелевой оценки (нечеткий метод

.ЩЛ1Ш1 ||1»«т »¿и - ' ' 1

пакет документации! на сфомнйроваилый вариант концепции привода: функциональное ; ОН»0\М11ЕСФ01ЗД1)Ч)ВАП,Ч<ЯОВЛР|1Л1ГГЛК011ЦЦии111;0[1НСЛИ1Ц;1Ъ>Си:И11ЛЦ[ЫЧУ1110ВЫХ\1ЕСТ сформированного варианта концепции спримерамивозмоасных схёмных решений; описание

особенностей сформированного варианта концепции; прогноз степени истинности ;» обеспечения целевого назначения привода сфорлшеоваиньм вариантом концепции,-i возможный перечень сгшцификацш1расшйрж1н1ых яловых мест сформированного варианта.

'.-'/--и ^ ^ ..

Рис. 7.

Далее в главе рассмотрены подробные примеры автоматизированного формирования концептуальных решений приводов оборудования для изготовления кривых вставок для труб и устройства для изготовления панелей с сотовым заполнителем; представлены варианты применения основных результатов работы.

Разработанное техническое решение задачи автоматизации концептуальной стадии проектирования во всех случаях использования позволило увеличить число анализируемых вариантов решений, обеспечить качество концептуальных решений, принятых для дальнейшей проработки, сократить сроки проектирования и, в целом, повысить эффективность процесса многовариантного проектирования приводов заданного целевого назначения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1 .Разработано научно обоснованное техническое решение задачи автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов, внедрение которого вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса за счет точной локализации текущей задачи пользователя и нахождения ее рационального решения при увеличении числа анализируемых вариантов, повышении обоснованности и обеспечении качества решений, принимаемых для дальнейшей проработки, сокращении сроков и, в целом, повышении эффективности процесса многовариантного проектирования приводов заданного целевого назначения.

2.Апализ литературных источников и результатов анкетного опроса показал, что привод является одним из важнейших узлов, на 30 % определяющим потребительские свойства, на 37 % - показатели технического уровня и на 10 - 50 % - тенденции совершенствования технологических машин и оснастки. Создание приводов заданного целевого назначения является основной задачей разработчиков. Решающим фактором повышения эффективности и качества служит резкое увеличение средней производительности труда конструкторов, достигаемое за счет автоматизации проектных процедур. Особенно ответственной и важной частью процесса проектирования становится его концептуальная стадия, имеющая наименьший уровень автоматизации.

3.Анализ известных методов проектирования позволил. предложить методологию автоматизации концептуальной стадии, базирующуюся на кибернетическом подходе, учитывающем закономерности эволюции приводов, методы типового и поискового конструирования, а также психологические аспекты автоматизации проектирования. Сутью методологии является последовательный выбор концепций, максимально :оответствующих техническому заданию, выполняемый непосредственно на основе массивов исходных данных, которые включают описание технической функции, совокупности свойств и характеристик привода и особенностей технологических традиций предприятия.

4.Разработана процедурная модель ^автоматизации концептуальной стадии, эбеспечивающая повышение идеальности процесса проектирования за счет линейной лратегии выбора, реализуемой на основе правил и процедур, характерных для деятельности опытного инженера-проектировщика и предоставляющая информацию о разрешимости задачи на уровнях физической осуществимости, технической эеализуемости и экономической выгодности. Процедурная модель явилась основой для юздания обобщенного алгоритма автоматизации, который базируется на технологии

экспертных систем и обеспечивает формализацию задачи выбора концептуальных решений. Алгоритм автоматизации органически сочетает выбор и верификацию альтернатив и учитывает индивидуальные особенности задачи и условий реализации решения, которые производятся через ограничения нечеткого вида, что дает возможность проектировщику изменять структуру своего опыта и мышления применительно к существенным особенностям и многофакторности проектной ситуации и получать прогноз степени истинности обеспечения требуемой технической функции сформированным вариантом концепции привода.

5.Результаты анализа статистического распределения моделей технологических машин и оснастки по физическому принципу действия основного двигателя выявили наиболее применимые на сегодняшний день типы приводов. Исследование основных форм технической эволюции позволило определить тенденции развития и закономерности строения приводов, их стабильную физическую структуру, что послужило основой для описания функциональной схемы обобщенного привода технологических машин и разработки его конструктивной и потоковой функциональных структур. По результатам анализа функций обобщенного привода построена иерархическая функциональная структура, разработаны абстрагированные и конкретизированные функционально-потоковые структуры различных типов приводов - основа автоматизированного формирования концептуальных решений. Описано И-ИЛИ-дерево множества альтернативных вариантов узловых мест приводов технологических машин и оснастки.

6.Введены меры технической приспособленности концепций, которые позволяют учесть располагаемые уровни показателей качества, объективно присущие варианту привода при соответствии требованиям по физическому принципу действия основного двигателя, функциональному описанию и особенностям работы. Меры технической приспособленности концепций определяются выявленной совокупностью проектных показателей, которые охватывают практически весь жизненный цикл приводов и полностью характеризуют возможности альтернативных концептуальных решений. Совокупность проектных показателей представлена четырьмя группами свойств: динамическими, включающими силовые, кинематические и энергетические характеристики; надежностными; ресурсными и системности, представляющими собой степени принадлежности, определенные в виде нечетких лингвистических переменных. Предложена схема автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов как процесса принятия конструкторских решений.

7.Выявлено, что единственным реальным объектом моделирования является знание, имеющее внешнее выражение и зафиксированное на различного вида носителях информации, то есть коллективная память, которая существует в виде совокупности текстов, словарей, справочников и энциклопедий, описывающих предметную область приводов технологических машин и раскрывающих систему применяемых понятий у классификаций.

8.Уточнена концепция пространства проектирования приводов, позволяющего учесп субъективные факторы, возможные варианты наименований ситуаций и связи межд) ними. Сутью концепции является пошаговый переход от обобщенного привода порожденного на слитном множестве отдельных описаний приводов и процессов и> функционирования, к рациональным вариантам концептуальных решений, наиболе<

ютветствующих целевому назначению. Применение уточненной концепции моделирует эоцесс решения задачи конструктором: а) анализ исходных данных - процессное птсание системы; б) анатиз входов и выходов системы; в) получение решения -1ределение признаков объектного строения системы. Предложенная концепция явилась ¡новой для построения модели знания приводов технологических машин и оснастки по ютветствующим узловым местам.

9.Разработано информационно-методическое обеспечение, которое требует инимального обновления и учитывает возможные технические решения настоящего и идущего за счет совместного использования статистических данных и данных, получен-дх на основе тенденций развития приводов технологических машин. Введение расчета эототипности по компоненте О технической функции привода на основе алгебраической дамы нечетких множеств позволяет проводить более глубокий анализ исходного ространства проектирования и расширять получаемое подмножество альтернативных шцепций приводов то физическому принципу действия основного двигателя с целыо элее качественного и эффективного принятая решения.

Ю.Введение этапа аначиза сформированного варианта концептуального решения по эитерию технологических традиций позволило учесть наряду с общими критериями лбора неопределенные и неконтролируемые факторы - индивидуальные особенности редприятий, связанные с их оснащенностью и накопленным инженерным опытом.

11.Разработанное техническое решение задачи автоматизации концептуальной стадии роектирования позволяет создавать программные комплексы поддержки принятия роектных решений, как по отдельным этапам, гак и для процесса концептуального роектирования в целом, доступные и эффективные при проработке различных знструкций приводов, а также при повышении квалификации и обучении основам издания приводов заданного целевого назначения и задействовать при этом менее затифицированный персонал, обеспеченный всеми необходимыми данными.

12,Результаты теоретических исследований и практических разработок внедрены в азличные системы автоматизации поддержки жизненного цикла изделий (Ростовский-на-рну институт управления и инноваций; АО «Новочеркасский станкозавод»), а также спользованы при разработке приводов ряда технологических машин и оснастки, в том исле защищенных авторскими свидетельствами и патентами (РМУ АО Монтажлегмаш»; РВПК - ОАО «Роствертол»; ЗСМ «Дон») при обеспечении качества гшений и сокращении сроков разработки.

Основное содержание диссертации отражено в 34 работах, в том числе: .

1. Богуславский И.В. Автоматизированное проектирование приводов тех-ологического оборудования. /СТИН, № 9, 1994. С. 13 - 16.

2. Богуславский И.В. Обеспечение качества приводов на ранних стадиях роектирования. /Проблемы повышения качества машин: Тезисы докладов еждународной научно-технической конференции. - Брянск: БНЦ, 1994. С. 56 - 57.

3. Богуславский И.В. Экспертная система оценки надежности приводов гхнологического оборудования. /Надежность машин и технологического оборудования: езисы докладов международной научно-технической конференции. - Ростов н/Д: ДГТУ, 994. С. 153 - 154.

4. Богуславский И.В. Ресурсосберегающая технология автоматизированного проектирования приводов. /Сборник научных трудов межвузовской научно-технической программы «Ресурсосберегающие технологии машиностроения» за 1994 г. - М.: МГААТМ, 1994. С. 379 - 381.

5. Богуславский И.В. Автоматизация выбора привода оборудования. /3-й международный конгресс «Конструкгорско-технологическая информатика - КТИ - 96»: Тр., 22 - 24 мая. - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1996. С. 28 - 29.

6. Богуславский И.В. Выбор привода оборудования на стадии концептуального проектирования станка. /Информационные средства и технологии. Тезисы докладов международной конференции. Т.2. - М.: МГТУ «СТАНКИН». С. 93 - 94.

7. Богуславский И.В. Особенности синтеза приводов вибрационных машин. /Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности: Сборник докладов и тезисов докладов II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Т.1. -СПб: МЦЭНТ, 1997. С. 203 - 205.

8. Богуславский И.В. Техническое решение задачи автоматизации синтеза структур приводов технологических машин. /Тезисы докладов V Международной научно-технической конференции - Ростов н/Д: ДГТУ, 1997. С. 25 - 27.

9. Богуславский И.В. Методология автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вып. 8 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1997. С. 3 - 7.

Ю.Богуславский И.В. Пример автоматизированного формирования концептуальных решений привода заданного целевого назначения. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вьш.8 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1997. С. 8 - 14.

11. Богуславский И.В. Представление предметных знаний. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вып.6 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1997. С. 22 -27.

12. Богуславский И.В. Особенности моделирования системы знания. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вып.6 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1997. С. 83 - 85.

13. Богуславский И.В. Особенности учета экспертной информации. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вып.6 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1997. С. 22 -27.

14. Богуславский И.В., Богуславская В.В. Использование методов статистического анализа при прогнозировании результатов лингвистического исследования. /Сборник научных работ аспирантов и молодых преподавателей РГПУ. Ч.З: Филология. - Ростов н/Д, 1996. С. 47 - 55.

15. Богуславский И.В. Приводы автоматизированного технологического оборудования. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вып.6 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1997. С. 22 - 27.

16. Богуславский И.В. Функциональная структура обобщенного привода технологических машин. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вып.6 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1997. С. 45 - 49.

17. Богуславский И.В. Способ автоматизированного проектирования оптимальных вариантов технических систем. /Повышение надежности и производительности

металлорежущего инструмента, станочных систем и оборудования: Сборник научных трудов. Ростов н/Д: ДГТУ, 1993. С. 104-105.

18. Богуславский И.В. Особенности ранних стадий проектирования. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вып.4 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1997. С. 6-9.

19. Богуславский И.В. Оценка роли привода технологических машин. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вып.4 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1997. С. 22 - 27.

20. Boguslavsky I., Ivascevich Y. Psychological aspects of automated designing. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вып.З - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1996. С. 15 - 22.

21. Богуславский И.В. Вопросы автоматизации концептуального проектирования приводов технологического оборудования. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вып.2 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1996. С. 15 - 27.

22. Богуславский И.В. Подсистема оценки решения по критерию «Технологические градиции предприятия». /Проектирование технологических машин: Сборник научных грудов. Вып.2 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1996. С. 41 - 46.

23. Богуславский И.В. Анализ развития приводов оборудования. /Проектирование технологических машин: Сборник научных трудов. Вып.2 - М.: МГТУ «СТАНКИН», 1996. С. 60-63.

24. A.C. № 1229460 AI (СССР) Гидравлический дискретный привод /H.H. Игнатенко, В.А. Чернавский, Е.Я. Литвинов, В.И. Антоненко, И.В. Богуславский. - Заявл. 02.09.83. -Эпубл. 07.05.86. Бюл. № 17.

25. A.C. № 1588929 AI (СССР) Гидравлический позиционный привод / B.C. Сидоренко, И.В. Богуславский, А.Г. Шуваев, A.M. Николенко. - Заявл. 28.11.88. - Опубл. 37.08.91. Бюл. № 7.

26. A.C. № 1668746 AI (СССР) Гидравлический позиционный привод /И.В. Зогуславский, А.Г. Шуваев, B.C. Сидоренко, A.M. Николенко. - Заявл. 17.10.88. - Опубл. Ю.08.90. Бюл. № 32.

27. Положительное решение о выдаче патента РФ от 29.01.91 г. По заявке № 4813298/ >5-29 (041283). Гидравлический позиционный привод /И.В. Богуславский, B.C. Сидоренко, А.Г. Шуваев, A.M. Николенко.

28. Свидетельство на «ноу-хау» № 009200 от 30.03.91 г. Способ автоматизированного ¡роектирования оптимальных вариантов технических систем /И.В. Богуславский, А.Г. Нуваев, A.M. Николенко. -Васкомизобретений «Привилегия», ХРЦ «Иносфера».

Ш~о ¡55-.......6

На правах рукописи

БОГУСЛАВСКИЙ ИГОРЬ ВЛАДИМИРОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИВОДОВ ЗАДАННОГО ЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

(машиностроение)

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук

г

г.

! ^ 4.«

Научный консультант д.т.н., проф. А.В. ПУШ

МОСКВА

Содержание.

T^DATTAXJXIA fi

JL/JJV^viiiiv« V/

Глава 1. Особенности автоматизации проектирования приводов 11 заданного целевого назначения. Цели и задачи исследования.

1.1 , Роль приводов технологических машин и оснастки. 11

1.2. Особенности концептуальной стадии проектирования. 17

1.3. Особенности проектирования и автоматизации. 20

1.4. Цель и задачи исследований. 27 Глава 2. Основные положения методологии автоматизированной 30 поддержки концептуальной стадии проектирования приводов.

2.1. Методы и компоненты автоматизированных систем 30 проектирования приводов,

2.2. Основные положения автоматизации концептуальной стадии 41 проектирования приводов,

2.3. Процедурная модель автоматизации концептуальной стадии 47 проектирования приводов,

2.4. Обобщенный алгоритм автоматизации концептуальной стадии 51 проектирования приводов,

2.5. Психологические аспекты автоматизации проектирования. 54

2.6. Выводы. 65 Глава 3. Приводы технологических машин и оснастки, 68

3.1, Приводы автоматизированного технологического оборудования, 68

3.2, Анализ развития приводов технологических машин и оснастки, 72

3.3, Обобщенный привод технологического оборудования, 84

3.4, Свойства и показатели приводов при автоматизации 98 концептуальной стадии проектирования,

3.5, Схема автоматизации концептуальной стадии проектирования 115 приводов как процесса принятия конструкторских решений.

3.6. Выводы. 119

Глава 4. Модельное представление задачи автоматизации 121 концептуальной стадии проектирования приводов.

4.1. Особенности моделирования системы знания. 121

4.2. Представление предметных знаний. 123

4.3. Особенности учета экспертной информации. 128

4.4. Построение модели знания. 132

4.5. Выводы. 140 Глава 5, Разработка информационно-методического обеспечения 142 автоматизированной поддержки концептуальной стадии проектирования приводов,

5.1, Этап 1. «Уточнение технической функции привода». 142

5.1.1. Компонента G. 142

5.1.1.1. Пример автоматизированного формирования концепций по 151 компоненте G.

5.1.2. Компонента D. 153 5.1.2Л. Автоматизированное формирование концепций по переменной 153 <Движение>.

5,1,2,1 Л. Пример автоматизированного формирования концепций по 155 переменной <Движение>,

5.1.2.2, Автоматизированное формирование концепций по переменной 157 <Параметры>=

5,1,2,2,1, Пример автоматизированного формирования концепций по 170 переменной <Параметры>,

5.1.3. Компонента H. 174 5.1.3,1, Пример автоматизированного формирования концепций по 181 компоненте Н.

5.2. Этап 2, «Уточнение проектных показателей», 184

5.2.1, Обобщенная многоцелевая оценка концепций приводов на этапе 185 «Уточнение лроектных показателей»,

5.2.2, Особенности информационно-методического обеспечения этапа 192 «Уточнение проектных показателей»,

5.2.3, Пример автоматизированного формирования концепций на этапе 195 «Уточнение проектных показателей».

5.3. Этап 3. «Анализ решения по критерию технологических традиций». 206 5.3.1. Пример автоматизированного формирования концепций на этапе 213 «Анализ решения по критерию технологических традиций».

5.4. Этап 4. «Документация». 215

5.4.1. Формализация критерия выбора гидромотора. 217

5.4.2. Пример автоматизированного формирования концепций на 223 этапе «Документация».

5.5. Выводы. 226 Глава 6. Примеры автоматизации концептуальной стадии 228 проектирования приводов заданного целевого назначения.

6.1. Многоуровневая стратегия автоматизированного формирования 228 концептуальных решений приводов технологических машин и оснастки.

6.2. Пример автоматизированного формирования концепций привода 232 оборудования для изготовления кривых вставок для труб.

6.3. Пример автоматизированного формирования концепций привода 254 устройства для изготовления панелей с сотовым заполнителем.

6.4. Применение основных результатов работы. 268 Заключение. 270 Список использованных источников. 276 Приложение 1. Документы о внедрении основных результатов работы. 288 Приложение 2. Образец анкеты для опроса. 296 Приложение 3. Анализ функций гидропривода технологических машин. 298

Приложение 4. Множество правил оценки решения. 305

Приложение 5. Расчет коэффициента условного разделения для 331 различных типов гидромоторов.

Приложение 6. Акты передачи программных средств; свидетельства на 336 «ноу-хау»; авторские свидетельства.

Введение.

Конкурентоспособность машиностроительной продукции напрямую связана с уровнем технологической оснащенности и сроками подготовки производства. «Рыночный успех» технических объектов достигается за счет резкого повышения качества проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства, сокращения их сроков и трудоемкости. Основной задачей автоматизации становится создание, организация доступа и управление необходимой информацией в рамках сквозной компьютерной технологии решения задач проектирования, производства, сопровождения и утилизации машиностроительной продукции. При экономической тенденции производства к увеличению мобильности в отношении как технологии производства, так и выпускаемой продукции, значение данных факторов еще более возрастает.

Максимальная эффективность производства при различных условиях применения технологических машин и оснастки возможна только при выполнении требований, предъявляемых к машинам и агрегатам в каждом отдельном случае. Оценивая технологическую машину как часть производственной системы, удовлетворяющей техническому заданию, необходимо отметить, что уровень автоматизации, гибкость, надежность (автоматический контроль, малое число отказов), производительность (достаточная мощность приводов, быстрота выполнения операций между циклами обработки; непродолжительные простои при выходе из строя) и точность (контроль заготовки и/или обработанной детали; стабильность работы при изменении температуры, контроль износа инструмента; высокое качество системы управления и датчиков) главным образом зависят от трех факторов: структуры составляющих механизмов технологической машины (структуры); дополнительных устройств для связи технологической машины с остальной частью производственной системы (интерфейсных устройств) и устройств управления технологической машиной (устройств управления).

Одним из важнейших узлов технологических машин и оснастки является привод. Качество привода в значительной мере определяет качество оборудования в целом.

Исключительное значение приобретают знания возможностей различных типов приводов как для выбора наиболее рационального типа привода, так и для грамотного обслуживания его во время эксплуатации. Современные приводы -отдельный класс технических систем, отличающихся иерархичностью структур, многообразием конструкций, многокомпонентностью и многофункциональностью, широким диапазоном характеристик, и, как следствие, низкой степенью универсальности и типизации функциональных элементов. Номенклатура приводов технологических машин и оснастки постоянно растет, расширяются их функции и повышаются требования к рабочим характеристикам, а следовательно, усложняются конструкции приводов, что ведет к увеличению длительности процесса проектирования и конструирования, удорожанию экспериментально-доводочных работ и испытаний. Основной проблемой проектирования становится проблема разработки приводов заданного целевого назначения. Наибольшую важность приобретают решения, принимаемые на концептуальной стадии проектирования приводов, а именно: выбор физического принципа действия; выбор функционально-физической структуры; выбор узловых мест концептуальных решений; определение примерного перечня спецификации. Решения, принятые на данной стадии, являются определяющими для дальнейших процессов параметрической оптимизации, разработки рабочей документации, изготовления и доводки привода. Ошибки, допущенные на ранних стадиях проектирования, являются наиболее "дорогими" и стоимость их устранения возрастает экспоненциально со временем ее обнаружения. В настоящее время, в информационно - интегрированных системах автоматизации нет компонент поддержки конструктора на концептуальной стадии проектирования. Отсутствие в практической деятельности предприятий интегральных критериев выбора приводов оборудования и оснастки говорит о том, что условия производства конкретного Потребителя выдвигают, наряду с общими критериями, свои требования, связанные с технологическими традициями, оснащенностью предприятия и накопленным инженерным опытом. Максимальная автоматизация проектирования должна обеспечивать формирование концепции привода (выбор

рациональных вариантов решений) для дальнейшей проработки на основе направленной индивидуальной стратегии, при высокой функциональной гибкости в применении к конкретным особенностям как предприятий, так и проектируемой и производимой ими продукции.

Цель работы - повышение эффективности процесса многовариантного проектирования приводов заданного целевого назначения при обеспечении качества вариантов решений для дальнейшей проработки и сокращении сроков создания на основе разработки технического решения задачи автоматизации концептуальной стадии их проектирования.

В диссертации представлены основные положения методологии автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения; результаты исследования основных форм технической эволюции приводов технологических машин; уточненная концепция пространства проектирования приводов; информационно-методическое обеспечение автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов; тестовые примеры автоматизированного формирования концептуальных решений приводов.

Автор защищает:

1 .Техническое решение задачи автоматизации концептуальной стадии проектирования приводов заданного целевого назначения.

2.0сновные положения методологии автоматизированной поддержки концептуальной стадии проектирования приводов; процедурную модель и обобщенный алгоритм формирования концепций приводов технологических машин и оснастки.

3.Алгоритм выбора рациональных концепций привода на основе выявленной совокупности проектных показателей; схему автоматизированного формирования концептуальных решений приводов как процесса принятия конструкторских решений.

4.Уточненную концепцию пространства проектирования приводов технологических машин и оснастки.

5. Метод вывода по прототипности и принцип расчета прототипности.

6.Многоуровневую стратегию автоматизированного формирования концептуальных решений приводов технологических машин и оснастки.

7.Информационно-методическое обеспечение автоматизированного формирования решений приводов заданного целевого назначения на концептуальной стадии проектирования.

Автор выражает глубокую благодарность за научно-методическую помощь при проведении исследований научному консультанту доктору технических наук, профессору А. В. Пушу.

Терминология и условные сокращения.

Некоторые термины, применяемые в настоящей работе, нуждаются в пояснении.

Привод технологической машины - силовой привод, установленный на стационарном технологическом оборудовании и использующий в качестве источника первичной энергии промышленную трехфазную сеть переменного тока, работающую с частотой 50 Гц при стандартных напряжениях.

Технологическая машина - совокупность различных технических устройств, предназначенная для преобразования обрабатываемых объектов за счет изменения их формы, свойств и состояний. Из широкого круга технологических машин рассмотрены, в основном, следующие четыре: кузнечно-прессовое оборудование; металлорежущее оборудование; промышленные роботы и машины литейного производства.

Концептуальная стадия проектирования приводов - ранние этапы проектирования (разработка технического задания; технического предложения и, частично, эскизного проекта), состоящие из множества взаимосвязанных отдельных подзадач и формирующие концепцию привода применительно к исполнительной части и питанию (без системы управления), а именно:

1) определение минимально достаточной функционально-физической структуры концептуальных решений привода с учетом используемого физического принципа действия основного двигателя;

2) определение узловых мест концептуальных решений привода. и прогнозирование степени истинности обеспечения его назначения;

3) определение "индивидуальных" особенностей концептуальных решений привода;

4) трансформация узловых мест концептуальных решений привода в аппаратную с составлением примерного перечня спецификации;

5) занесение полученного концептуального решения привода в библиотеку типовых решений.

Узловые места концептуальных решений привода - стабильные блоки и элементы, определяющие функциональную структуру, возможные варианты принципиального схемного описания и реализации концепции привода, например: устройства проведения и преобразования первичной энергии; основной двигатель и т.д.

В работе часто вместо терминов «привод заданного целевого назначения» и «привод технологических машин и оснастки» используется термин «привод».

Основные сокращения:

С - структура составляющих механизмов технологической машины и оснастки;

ИУ - дополнительные устройства для связи технологической машины с остальной частью производственной системы;

УУ - устройства управления технологическим оборудованием;

КСПП - концептуальная стадия проектирования приводов;

АФКР - автоматизированное формирование концептуальных решений.

Остальные сокращения, встречающиеся в работе, раскрыты в тексте.

Глава 1. Особенности автоматизации проектирования приводов заданного целевого

назначения. Цели и задачи исследования.

1.1. Роль приводов технологических машин и оснастки.

Разработка и внедрение каждого нового типа технологических машин и оснастки требует определения относительной значимости двух основных групп характеристик системы: потребительских свойств и показателей технического уровня. Влияние привода на технологическое оборудование является достаточно значимым, особенно в условиях постоянного повышения производительности и качества продукции, обеспечения взаимосвязанных перемещений рабочих органов, повышения гибкости и расширения области возможных изменений параметров. Сокращение протяженности кинематических цепей, использование новых типов направляющих, практически полное исчезновение механизмов реверса, остановки и точного позиционирования, механизмов взаимосвязанных движений заготовки и инструмента упрощает конструкцию исполнительной части привода и накладывает на него ряд новых функций, ранее свойственных заменяемым механизмам.

Современное технологическое оборудование компонуются в основном из готовых унифицированных узлов, технологические параметры которых в значительной мере определяют степень соответствия оптимальных и реально существующих схем оборудования. Многообразие компоновок приводов для решения одной технологической задачи часто вызвано сложившимися традициями и, как правило, технически не оправдано /1/. Практика машиностроения показывает, что во многих случаях кинематические схемы могли быть значительно упрощены, если бы этому уделялось внимание при проектировании /2/. Конструктор из многообразия вариантов должен отобрать несколько максимально полно удовлетворяющих технологическим и эксплуатационным требованиям; выбрать те или иные механизмы и узлы, ориентируясь на их функциональное назначение, на основе собственного опыта и практики проектирования. В этих условиях принимаемые решения являются действительно "золотыми" как в случае положительного, так и в случае отрицательного результата. Интересно определить

степень влияния привода на потребительские свойства, технический уровень и тенденции совершенствования технологических машин и оснастки в целом. Данная задача была реализована автором путем экспертного опроса. Опрос проводился методом анкетирования среди конструкторов СКБ КО и АЛ, г. Азов; МП «Гидропневмомеханика», г. Волгодонск и НПГП «Синтез», г. Ростов-на-Дону в 1993-96 г.г. На вопросы анкеты ответили 52 специалиста-конструктора, занимающиеся вопросами разработки различных типов приводов. Образец анкеты представлен в Приложении 2.

По результатам опроса сделаны следующие заключения:

1. К значи