автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Интенсификация разработки и эксплуатации систем принятия решений в области машиностроения

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ОБЛАСТИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

(на примере автоматизации проектирования пресс-форм для литья термопластов)

Специальности: 05.13.06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2003 г.

Работа выполнена в Московском Государственном Технологическом Университете «СТАНКИН»

на кафедре «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Червяков Леонид Михайлович Научный консультант:

Кандидат технических наук Давыдкин Анатолий Сергеевич. Официальные оппоненты:

Доктор технических наук профессор Ковшов Е. Е., Кандидат технических наук Баранов Л. В.

Ведущее предприятие: ФГУП ММПП «Салют»

Защита состоится 16 октября 2003 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета К 212.142.01 Московского Государственного Технологического Университета «СТАНКИН»

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: 103055, г. Москва, Вадковский пер. д. За, Ученый совет МГТУ «СТАНКИН».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «СТАНКИН»

Автореферат разослан 15 сентября 2003 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

К 212.142.01, к.т.н И.М. Тарарин

J

l^g 9R_ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

' 'Актуальность темы. На текущем социально-экономическом этапе

основная проблема отечественных машиностроительных предприятий - это

повышение конкурентоспособности, разрешение которой неразрывно связано с

повышением требований, как к качеству изделий, так и их стоимости, а так же

снижению сроков выпуска новой продукции. Так как большинство этих

требований можно полностью или частично удовлетворить на этапе

конструкторско-технологической подготовки производства, то увеличивается не

только объем как данных работ, но и требования к качеству их исполнения.

Поскольку подготовка новых специалистов довольно длительный процесс,

требующий в зависимости от специальности не менее 3-5 лет, то единственным

выходом из этого, на наш взгляд, является повышение производительности труда

уже имеющихся на предприятиях конструкторов и технологов. Под воздействием

агрессивной рекламы фирм-поставщиков CAD-систем многие руководители

решили, что если инженер будет проектировать и чертить не за кульманом, а на

компьютере, то это автоматически решит все проблемы. В процессе внедрения

этого подхода предприятиях это предположение оказалось неверным, поскольку

большинство существующих CAD систем автоматизируют лишь подготовку

конструкторско-технологической документации (КТД), а не собственно процесс

проектирования, подразумевающий принятие тех или иных проектных решений.

Именно при принятии проектных решений возникают самые дорогие с точки

зрения их исправления ошибки. Ошибки же в конструкторской документации при

работе на кульмане исправляются достаточно просто, например, с помощью

карандаша и ластика. Поэтому только автоматизация принятия проектных

решений способна существенно повысить качество и интенсивность проектных

работ. Автоматизированные системы принятия проектных решений должны быть

ориентированы на поддержку действий специалиста-предметчика в процессе

конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) и

представлять собой гамму программных средств, позволяющую комплексно

решать определенный класс задач в некоторой области машиностроения. Далее

область машиностроения, автоматизируемую системой принятия решений, будем

называть «предметной областью» (ПрО).

(>ОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ библиотека

С Петербург р» g'

_ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Следует отметить, что данных предметных областей множество, причем

каждая из них может иметь свою специфику, как для конкретного предприятия, так и для отдельных его подразделений, в силу сложившейся методики проектирования, стандартов предприятия, технологического оснащения и других факторов. Кроме того, эти ПрО чаще всего слабоформализованы, то есть суть принятия решений представлена в виде эвристик или глубоко сокрыта в головах специалистов данного предприятия (другими словами существует проблема передачи знаний о ПрО от специалиста данной области людям в ней несведущим). Очевидно, что система автоматизации принятия проектных решений, ориентированная на решение задач группы проектировщиков конкретного предприятия, позволит интенсифицировать процесс проектирования, повысить его качество и обеспечить лучшую интеграцию предприятия со своими партнерами. Однако при реализации указанного подхода возникает проблема: как сделать это быстро, эффективно (с точки зрения качества) и дешево. Традиционными методами, основанными на использовании классических языков программирования, данную задачу решить не представляется возможным (или достаточно затруднительно), поскольку обычно это подразумевает довольно длительный процесс разработки, при котором неизбежно большое количество ошибок и нестыковок с точки зрения предметной области. А, кроме того, существует дефицит высококвалифицированных программистов на отечественных машиностроительных предприятиях, а, следовательно, дороговизна оплаты их труда.

Решение следует искать в унификации процессов разработки данного вида программного обеспечения (ПО), и создание на ее основе гибких, интеллектуальных, визуальных, ориентированных на специалистов-предметчиков инструментальных средств, а также средств по эксплуатации уже готовых систем принятия решений (СПР).

Объект исследования. Процесс автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства.

Предмет исследования. Изделия машиностроения малой и средней сложности (до 1000 деталей и узлов).

_ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Цель работы. Целью работы является сокращение сроков и повышение

качества проектных разработок, на основе предложенных моделей формализации

методов принятия проектно-конструкторских решений.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с

применением основных положений теории конструирования изделий

машиностроения, принципов системного анализа, элементов теории графов,

формальных грамматик, конечных автоматов и основ искусственного интеллекта.

Для разработки программно-математического обеспечения использовались

методы объектно-ориентированного программирования и реляционных,

иерархических и объектно-ориентированных баз данных.

Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы включает:

• Модели процесса проектирования изделий машиностроения, что подразумевает выявление и формализацию действий пользователя в процессе конструирования изделий машиностроения.

• Базовая совокупность методов конструирования, которые позволяют принимать эффективные конструкторские решения с одной стороны, подающиеся автоматизации с другой стороны.

• Обобщенная модель программной системы автоматизации обработки символьных знаний в области машиностроения, с конкретизацией в области создания среды разработки или эксплуатации систем принятия решений (СПР).

Практическая ценность. Полученные в работе результаты теоретических исследований и экспериментальных проверок нашли применение при конструировании изделий машиностроения и включают:

• Методику переноса накопленных машиностроительных знаний о конструирования изделий машиностроения в компьютерную среду.

• Методику разработки и эксплуатации систем принятия конструкторских решений на основе разработанных моделей.

• Новое программное решение для комплексной автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства.

_ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Реализация результатов. Результаты диссертационной работы нашли

практическое применение при выполнении следующих проектов:

• Программа «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма 201 «Производственные технологии», раздел 201.06 «Интегрированные системы создаваемой машиностроительной продукции (CAE-, CAD-, САМ-технологии)», проект «Интегрированная система проектирования и изготовления технологической оснастки в машиностроении (САПР/Оснастка)».

• Пилотный проект Минобразования и МПНТ РФ «Разработка и внедрение комплексной системы информационной поддержки жизненного цикла наукоемкой продукции» на предприятиях оборонной промышленности на 2003-2005 г.г.

• Пилотный проект Минобразования и МПНТ РФ «Разработка и внедрение комплексной компьютерной системы информационной поддержки жизненного цикла наукоемкой продукции на ФГУП ММПП «Салют»» на 2003-2004 г.г.

Предложенные методы послужили основой для разработки программно-инструментального средства «Система автоматизированного проектирования изделий машиностроения» (САПР ИМ), которое зарегистрировано в Российском агентстве по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) 01.03.2002, № 2002610306.

Материалы диссертации представлены в виде методического, информационно-программного обеспечения, практических рекомендаций по построению по построению систем принятия решений и среды по их разработки и эксплуатации. Разработанная система внедрена на ряде промышленных предприятий (МНПП «САЛЮТ», ЛЭМЗ, ГПЗ) и учебных заведений (МГТУ «СТАНКИН», Полтавский НГУ, Новгородский университет им. Ярослава Мудрого). Она хорошо себя зарекомендовала при автоматизации процесса проектирования пресс-форм, штампов, режущего и измерительного инструмента, станочных приспособлений.

_ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Апробация и публикация работы. Основные научные и практические

положения работы демонстрировались докладывались и обсуждались на:

• Третьей международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта. CAD/CAM/PDM-2003».

• IX всероссийском семинаре «Передовые российские технологии для автоматизации проектирования и подготовки производства» (Российский интегрированный комплекс T-FLEX CAD/CAM/CAE/PDM).

• Седьмой международная выставка "Металлобработка-2002".

• Ежегодная выставка информационных технологий "SofTool 2002". По результатам выполненных исследований опубликовано 8 работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 главы, общих выводов и заключения, что составляет 140 страниц машинописного текста, списка литературы из 103 наименования, 2 приложения; содержит 19 рисунков и 1 таблицу.

Введение. Во введении было указано, что повышение качества и сокращение сроков проектирования может быть осуществлено только за счет привлечения компьютера на всех этапах конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП). Привлечение компьютера осуществляется за счет создания специализированных программных средств обеспечивающих комплексное решение задач при КТПП в какой-либо предметной области. Разработка или адаптация под специфику конкретного предприятия данных средств наиболее эффективно (с точки зрения качества) может быть осуществлено силами специалистов-предметчиков этого предприятия. Для этого необходима специализированная программная инструментальная среда, ориентированная не на программиста, а на инженера, а так же гибкая методология разработки систем принятия решения легко адаптируемая под конкретную предметную область или предприятие. Это дает разделение исследования на две составляющие:

• методическую, представляющую собой описание методик автоматизации разнотипных процессов проектирования;

• технологическую, обеспечивающую программную реализацию как среды разработки и эксплуатации СПР, так и самих СПР.

Глава 1. Состояние проблемы автоматизации конструкторских решений.

В данной главе на основе анализа существующих машиностроительных систем принятия решений и публикаций по данной тематике была высказана идея о том, что любая машиностроительная система принятия решений включает две составляющие: геометрическую - предназначенную для подготовки чертежей и ЗО моделей, и символьной - для автоматизации принятия решений на основе расчетов, диалогов, таблиц, классификаторов и др. При этом в качестве предмета исследования избрана символьная составляющая, как основная с точки зрения автоматизации принятия проектных решений, геометрическая рассматривается как вспомогательная, предназначенная для генерации и подготовки

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

конструкторско-технологической документации, на основе результатов работы

символьной составляющей.

Далее на основе анализа потребностей предприятий-пользователей, а также современного уровня развитей информационных технологий были выдвинуты следующие основные требования к создаваемой среде разработки и эксплуатации систем принятия решений в области машиностроения:

• наличие сквозной методики разработки и эксплуатации системы принятия решения от замысла до проектирования изделий;

• основной разработчик СПР - специалист-предметчик, который реализует как минимум 90-95% возможностей системы;

• обеспечение возможности групповой разработки и эксплуатации СПР;

• использование различных CAD систем, имеющихся в наличии на предприятии (или на рынке), для подготовки чертежно-графической документации в соответствии со стандартами ЕСКД, ЕСТД, ISO.

Затем рассмотрен опыт разработки систем ориентированных на принятие решений, различные методики и языки представления знаний, как в области машиностроения, так и в области автоматизации принятия управленческих и экономических решений по следующим направлениям:

• Хранения массивов статической информации, в том числе, в файлах операционной системы различного формата, а также реляционных и объектных базах данных, а так же необходимые аспекты электронного документооборота.

• Сохранение динамической (активной) информации, в том числе расчетов различного вида и назначения, на основе:

о Алгоритмического подхода, использующего языки программирования четвертого поколения.

о Методов искусственного интеллекта: логического, продукционного, нейросетевого и фреймового, а так же такие новейшие подходы как мультиагентная технология и «искусственная жизнь».

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

о Других, к которым относятся, различного вида интеллектуальные

запросы, а также линейная и нелинейная оптимизация.

• Организация взаимодействия с CAD системами, в том числе:

о Опыт разработки машиностроительных систем принятия решений на основе универсальных CAD с использованием традиционных языков программирования или на основе встроенного механизма параметризации.

о Необходимые и достаточные требования к механизму параметризации CAD для создания высококачественной чертежно-графической документации и 3D моделирования, под управлением символьной составляющей систем принятия решений.

• Рассмотрен опыт и проведен анализ предыдущих разработок в сфере создания СПР силами специалистов-предметчиков рассмотрен, основе таких системы как Приз, ПиЭС, СПРУТ, ИКС/ИнИС/ИнОБ.

На основании анализа ранее выполненных исследований и опыта предшествующих разработок в области создания и эксплуатации СПР, а так же современных достижений информационных технологий, можно отметить:

• Большинство существующих сред разработки и эксплуатации СПР обладают следующими недостатками:

о Узость области приложения, из-за ориентации на один вид представления знаний, ограниченности возможностей по созданию сложных систем.

о Недостаточное качество программной реализации (невозможность работы в сетевом режиме, недостаточная поддержка взаимодействия с внешними приложениями, медленная работа на сложных с точки зрения, как объема, так и структуры данных).

о Многие из них недостаточно ориентированы на специалиста-предметчика.

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

• Опыт автоматизации принятия экономических и управленческих решений

показывает, что имеется возможность выполнить все выдвинутые требования к

среде разработки и эксплуатации СПР.

Исходя из проведенного анализа, определена цель работы, заключающаяся в сокращении сроков и обеспечении качества проектных разработок, на основе моделей формализации конструкторских методик в области машиностроения.

Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач:

1. Определить обобщенную модель автоматизированного процесса проектирования, с точки зрения: структуры, последовательности, общения с разнородными источниками информации, а так же определит пути и язык его описания специалистом-предметчиком не знакомы с методами и средами программирования.

2. Создать среду разработки и эксплуатации систем принятия проектных решений в области машиностроения, на основе результатов полученных по достижении первой цели.

3. Предложить методику переноса существующих СПР, а также общезаводских и цеховых баз данных и средств автоматизации, в созданную среду.

4. Разработать промышленную систему по проектированию пресс-форм для литья термопластов с целью подтверждения эффективности решений представленных в данной работе.

Глава 2. Структура машиностроительных систем принятия решения.

Очевидно, что автоматизация конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) в общем случае представляет собой довольно таки сложный процесс, который может быть автоматизирован только на основе комплексного использования САО/САМ/САЕ/САРР. Однако этот набор технологий имеет пробел в области создания систем принятия решений, которые организуют процесс проектирования на основе использования этих технологий в терминах предметной области, а также автоматизируют принятия решений в специализированных областях (Рис. 1), в том числе проектировании

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

технологической оснастки (например, штампов, пресс-форм, режущего и

измерительного инструмента, приспособлений и др.).

Для удобства рассмотрения задачи, связанные с автоматизацией КТПП на основе систем принятия решений, разделены на два уровня: инструментальный -предназначенный для создания СПР; и эксплуатационный - для проектирования изделий машиностроения в системах принятия решений. Наибольшую сложность при разработке имеет инструментальный уровень, реализация же эксплуатационного уровня носит подчиненный от инструментального уровня характер.

Опыт разработки СПР на основе традиционных систем программирования

показывает, что до 60% трудоемкости ее создания составляет разработка

составляющей, которая обеспечивает взаимодействия СПР с окружением

(операционной системой, базами данных, CAD системами). По сути, эта

составляющая никак не связана с основной функциональностью СПР - то есть

принятием решений. Как правило, при разработке новой СПР эта составляющая

создается заново. Подход большинства сред разработки и эксплуатации систем

принятия решений основан на том, чтобы реализовать единую для какого-то

набора предметных задач общесистемную составляющую, и дать возможность

создавать остальную часть СПР специалисту-предметчику на каком-то

предметно-ориентированном языке. Ориентация на один язык имеет следующие

недостатки: необходимость изучения всего языка для работы с ним (хотя

большинство его возможностей никогда не понадобится); в одном языке не могут

быть предусмотрены все типы и законы принятия решений; а так же затруднено

расширение безопасное расширение этого языка. Основное отличие этой работы

состоит в создании семейства предметно-ориентированных языков, которое

позволяет автоматически разрешить данной проблемы. Очевидно, что основной

проблемой при разработке этого семейства представляется интеграция этих

языков в единую информационную среду. Для ее разрешения предлагается

довольно простое и эффективное решение, которое состоит в создании

специального языка описывающего структуру предметной области и правил

использования других языков. Все семейство языков далее будем называть

12

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

понятийной моделью СПР, которая разрабатывается на основе следующих

принципов:

• Предметная область состоит из структурированного набора фрагментов знаний, далее называемых объектами (например, соединение болтом с гайкой, содержит два отдельных параметрически связанных фрагмента - болт и гайку).

РОМ

Ведение технического документооборота.

Готовые чертежи и ЗЭ модели

Геометрия поверхностей и тел

Геометрия тел, и схема нагружения

САМ

Ведение проекта на основе знаний о ПрО

САБ

2Э-30 параметрическое черчение и моделирование, подготовка комплекта КТД.

Обмен параметрами и знаниями по процессу проектирования

к-

САЕ

Статический и динамический конечно-элементный анализ, расчет кинематики.

Элементы формы, точностные характеристики поверхностей

Разработка программ для станков сЧПУ.

Предпочтительные методы обработки

Среда разработки и эксплуатации систем принятия решений

Автоматизация принятия проектных решений

/

Предварительная схема техпроцесса, и другие технологические данные

Рекомендации по оптимизации конструкции без потери функциональности

САРР

Разработка маршрутного и операционного технологического ппопесса

Рис. 1. Место предмета исследования в процессе автоматизированной конструкторско-

технологической подготовке производства

14

• Каждый объект представляет собой параметрическое задание фрагмента предметной области, состоящий из элементов различного вида, в том числе переменных, отношений, и др. (например, болт может содержать переменные описывающие его характеристики, различные расчетные отношения для их расчета, а также базу данных характеристик стандартных болтов в виде таблицы). Объект предназначен для хранения постоянной и условно-постоянной информации системы принятия решений, и заполняется специалистом-предметчиком на этапе проектирования СПР.

• Эксплуатация знаний производится на основе понятия «проект», который представляет собой набор объектов проектирования в эксплуатационном режиме. Проект хранит всю информацию (переменную) полученную в результате использования СПР при проектировании конкретного изделия.

Для описания интерфейса используемых разнообразных предметно-ориентированных языков необходимо сделать ряд определений (Рис. 2.):

Рис. 2. Структура элементов САПР ИМ, предназначенных для описания предметной

области

База - элемент, предназначенный для реализации базовой функциональности всех других элементов.

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Сущность - элемент, который имеет в той или иной степени независимое

существование, т.е. может использоваться как самостоятельно, так и для задания других элементов.

Вспомогательный элемент - элемент, который необходим только для описания каких-либо других вспомогательных элементов или сущностей, если этих элементов нет, то он самоуничтожается (например: формула, колонка табличных отношений и др.),

Переменная — сущность, которая позволяет описать поименованный параметр, используемый для описания характеристик элементов (а, следовательно, предметной области).

Отношение - любая зависимость, на основе которой может производиться хранение, преобразование значений или структуры информации, параметрами которого чаще всего являются переменные.

Контекст вычислений - среда, в которой производят вычисления над элементами, где указано, откуда брать значения входных параметров (обычно переменных) и куда выкладывать результаты вычислений, а также возможные ошибки, и записи протокола расчета.

Объект - совокупность переменных, отношений, и других элементов, составляющих постоянную и условно-постоянную информацию (на этапе разработки объект может выступать в качестве контекста исполнения).

Проект - совокупность объектов, и результатов их эксплуатации (переменной информации) вычислений на них; чаще всего выступает как контекст исполнения.

После данного описания интерфейса подключения предметно-ориентированных языков в этой главе были описаны собственно эти языки. Данные языки представления знаний (или отношения) по назначению можно разделить на следующие классы:

• Статические (фиксирующие) - для сохранения массивов постоянной и/или условно-постоянной информации.

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

• Динамические (преобразующие) - для описания расчетных и других

механизмов манипуляции знаниями о предметной области. Диалоговые - для организации интерфейса человек-СПР.

• Другие - отношения, не относящиеся ни к одному из перечисленных выше классов, в том числе организации интерфейса с CAD системами, импорт-экспорт данных в различные форматы, обработка сообщения, работа с протоколом.

К основным статическим отношениям относятся:

• Таблица - предназначена для хранения табличной информации указанной в ГОСТах, ОСТах, и др.

• Классификатор - для хранения иерархической структуры элементов, описывающих различные знания о предметной области.

К наиболее популярным динамическим отношениям относятся:

• Аналитическое выражение - представляет собой формулу для расчета значений выражений или запуска выполнения различных отношений, в том числе используя богатую библиотеку САПР ИМ (математических, строковых, инженерных и др. функций).

• Аналитические связи - для реализации двунаправленных вычислений сходных с работой параметризаторов таких CAD систем, как CATIA, SolidWorks, Autodesk Inventor.

• Алгоритм - визуальное описание процедурных расчетов на основе языка блок-схем (сходное с языками 4-го поколения).

• Таблицы принятия решений (ТПР) - задание отношений, указанных в различных источниках, например, в виде таблиц в которых ячейками являются те или иные проектные решения, в зависимости от значений входных параметров.

• Продукционное - отношение, использующее классическую для систем «искусственного интеллекта» продукционную парадигму вычислений, основанных на задании знаний в виде правил типа «если...то...», кроме того, для задания правил могут использоваться ТПР.

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

• Запросы - извлечение или модификация знаний на основе статических

отношений.

К отношениям для организации диалога с пользователями относятся:

• Диалоговые формы - для предметно-ориентированного описания ввода-вывода параметров.

• Печатные формы - для обеспечения вывода различных печатных отчетов.

• Методика проектирования - основная форма взаимодействия человек-СПР, которая представляет собой методику-меню для запуска различных отношений.

• Ссылка на справочную систему - для обеспечения связи СПР, с контекстно-зависимой справочной системой HTML Help, для разработки ее пояснительной компоненты.

Приведенный набор отношений может показаться избыточным, но это только на первый взгляд. При решении реальных машиностроительных задач часто возникает проблема, когда ни одно из отношений не решает поставленную задачу, или решает ее неприемлемо с точки зрения потребительских качеств. Для решения подобных задач используется механизм разработки собственных отношений, с привлечением профессиональных программистов, что как раз и представляет те самые 5-10% возможностей системы, которые не может решить специалист-предметчик.

Эксплуатационная составляющая имеет второстепенный характер, его функциональность состоит только в том, чтобы удобно, просто и понятно для конечного пользователя использовать введенные в СПР знания. Основными возможностями эксплуатационной составляющей являются:

1. Обеспечение хранения всей информации, получаемой в результате проектирования изделия, в том числе и результатов работы CAD/CAM/CAE систем.

2. Ведение протокола действий пользователя.

3. Обеспечение пользователя пояснительной поддержкой в виде: контекстно-зависимой справки, окна сообщений, слайдов.

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В данной главе удалось решить следующие задачи:

• Показать роль и место систем принятия проектных решений, и средств их разработки эксплуатации в цикле конструкторско-технологической подготовки производства.

• Провести анализ из составляющих система принятия решения с точки зрения ее программной реализации, и какие ее части легко могут быть описаны в компьютерной форме специалистом-предметчиком, при условии оснащения его гибкими, визуальными предметно-ориентированными средствами разработки.

• Определена антология методов и инструментов создания СПР, включающая:

о Разделения этапов жизненного цикла СПР на разработку и

эксплуатацию, с заданием правил их описания в компьютерной форме, о Классификация языков представления машиностроительных знаний, о Описаны вспомогательные инструменты, необходимые для разработки высококачественных СПР.

Глава 3. Реализация среды разработки и эксплуатации систем принятия решений

Недостаточная эффективность разработок в данной области, в основном, была связана либо с изначально узкой направленностью систем принятия решений, либо с попыткой создания единого предметно-ориентированного языка вместо их семейства, либо в слабом и бессистемном подходе к реализации. САПР ИМ одна из первых систем для работы с символьными знаниями, построенная на основе разделения функциональности системы на следующие уровни (Рис. 3.): «базовый», «ядро», «пользовательский интерфейс»; которое хорошо зарекомендовало себя при разработке «больших» систем в различных областях информационных технологий в т.ч. САвО, СУБД, операционных систем, но ранее практически не использовалось для обработки символьной информации САПР.

• Базовый уровень предназначен для реализации технологий, которые необходимы для создания САПР ИМ, носят универсальный характер и напрямую к функциональности САПР ИМ не относятся, пользователь их даже не виде.

• Ядро - собственно реализация всей функциональности САПР ИМ.

• Уровень пользовательского интерфейса отвечает за обеспечение взаимодействия ядра САПР ИМ, СПР созданных в ней и пользователя. Этот уровень может быть заменен на более подходящий, для эксплуатации конкретной СПР.

Графический пользовательски й интерфейс ОС

Различные системы

Пользовательский интерфейс

Инструментальная составляющая Эксплуатационная составляющая

CAD/CAE/PDM системы

И

и

Ядро САПР ИМ

I

СУБД

Файловая система ОС

Е

Переменные

Отношения

Документооборот

Объект/Проект

Хранение

Базовый уровень САПР ИМ Абстрагирование

Периферийный

Сетевые службы ОС

Рис. 3. Схема реализации САПР ИМ В качестве среды реализации САПР ИМ выбрана платформа .NET Framework, что в перспективе даст возможность использовать систему не только в ОС семейства Windows, но и в дальнейшем Linux (при переносе на него платформы .Net Framework).

Базовый уровень представляет собой набор технологий, которые последовательно распределены по слоям:

• Слой «хранения и структуризации», который позволяет: хранить информацию в различных формах (реляционная СУБД, битовый или XML файл (последовательность)); управлять структурой и локализацией данных. Основной

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

частью данного слоя является репозиторий, который воплотил в себе опыт

объектно-ориентированных и реляционных СУБД, и других методов хранения и

манипуляции структурами данных. В первой версии САПР ИМ основное место

хранения репозитория - это битовый файл, во второй - MS SQL Server.

Основными возможностями репозитория САПР ИМ являются хранение, контроль

версий, обеспечение целостности и непротиворечивости данных и их структур, а

также импорт-экспорт в различные форматы данных или другой репозиторий.

Кроме репозитория, на данном слое реализован ряд механизмов: Отмена\Повтор

(Undo\Redo), Копирование/Вставка, Отвязывание (замена) родителей элементов.

• Слой «абстрагирования» содержит формальное описание базовых понятий, таких, например, как элемент, переменная, отношение, документ. Данная спецификация позволяет создавать обобщенные механизмы обработки этих понятий, в числе которых: синтаксические и семантические анализаторы различных языков САПР ИМ, однонаправленный параметризатор (для обработки аналитических выражений), двунаправленный параметризатор (для аналитических связей), алгоритмический, оптимизационный и продукционный решатели, математическая библиотека и тому подобное.

• Периферийный слой - это набор вспомогательных библиотек, в том числе двумерной графики, файл-сервер и т.п.

Ядро САПР ИМ - основной модуль системы содержит реализацию всей функциональности указанной во второй главе, на основе базовых общесистемных функций базового уровня. Реализация каждого элемента САПР ИМ, представляет реализацию спецификации этого элемента со слоя абстрагирования, на основе использования функциональности с базового уровня и собственно описания его работы. При этом элемент представляет собой дерево, узлами которого являются другие элементы или «функциональные возможности» (Рис. 4.), что позволяет добиться уникальной гибкости реализации САПР ИМ.

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Рекурсивная

Рис. 4. Схема реализации элементов САПР ИМ по принципу «элемент-возможность» (на примере переменой)

Далее была подробно изложена специфика реализации отдельных элементов САПР ИМ в том числе: переменных, документов, аналитических, алгоритмических, продукционных и других отношений.

Пользовательский интерфейс САПР ИМ выполнен на основе одного принципа - максимального приближения языка общения с системой к языку специалиста в области машиностроения. Этого удалось достичь двумя методами: максимальной визуализацией работы с системой и обеспечение мощной и разнообразной пояснительной компоненты как самой САПР ИМ, так и создаваемых систем принятия решений. Пояснительная компонента состоит из: слайдов, строк информации («подсказок»), ссылок на контекстно-зависимые справочные системы (HTML Help), а также средств ведения и представления протокола.

Глава 4. Методика разработки и эксплуатации машиностроительных систем принятия решений (на примере проектирования пресс-форм для

литья термопластов)

Афоризм о том, что любое программное обеспечение является отражением методики его использования, наиболее применим именно для использования различных инструментальных средств, коим и является САПР ИМ. Это вызвано тем что, одни и те же функциональные возможности могут быть реализованы различными методами (инструментами) данных систем, при этом всегда возникает вопрос: какой метод наиболее эффективный (быстрый, гибкий,

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

дешевый или простой). САПР ИМ позволяет использование трех основных

методов для разработки СПР: восходящий, нисходящий и «однородных модулей».

Далее был изложен подробный анализ этих методов, с точки • зрения их

применения для автоматизации различных задач машиностроения, и в результате

выбран метод «однородных модулей» как наиболее простой, гибкий, и схожий с

образом мысли специалиста-предметчика, при проектировании сложных

технических объектов. Данный метод основан на рекурсивном применении двух

шагов:

1. Описание общей части для всех модулей и спецификации взаимодействия со сменными модулями, предназначенными для решения частных подзадач. Например, при проектировании пресс-форм может быть выбран один и набора стандартных пакетов, или один из нескольких типов литниковой системы.

2. Реализация сменных модулей по мере необходимости, что является заполнением СПР предметной информацией.

Жизненный цикл системы принятия решения, или отдельной ее части, представляет собой следующий процесс (Рис. 5.):

• Постановка задачи.

• Анализ задачи и традиционных методов ее решения.

• Реализация системы принятия решений:

о Иерархическая декомпозиция предметной области на объекты, о Задание характеристик объектов.

о Описание статической информации о предметной области, в основном

таблиц из справочников, о Задание расчетов на основе динамических отношений, о Обеспечение генерации комплекта конструкторской документации, о Задание методики проектирования отдельных объектов и изделия в целом.

• Внедрение, включающее тестирование, доработку и документирование СПР, а также обеспечение СПР пояснительной компонентой (в виде контекстно-зависимой справочной системы, слайдов, различных пояснительных строк-

подсказок).

Эксплуатация, с возможностью дальнейшего развития системы.

Условные обозначения

п Постановка задачи

А Анализ

Р Реализация

В Внедрение

Э Эксплуатация

Рис. 5. Жизненный цикл систем принятия решений и их составляющих

Далее была предложена архитектура по комплексной автоматизации процесса конструкторско-технологической подготовки производства, состоящей из различных программных продуктов серии Т-НЛЕХ (ЗАО «Топ системы») и САПР ИМ, вместе с ее приложениями (Рис. 6.). Кроме того, было рассмотрено применение описанного выше процесса и этой архитектуры для разработки системы принятия проектных решений при проектировании пресс-форм для литья термопластов

Рис. 6. Предлагаемая архитектура программных средств для комплексной автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Разработанная система проектирования имеет следующие преимущества по

сравнению разработками на основе универсальных CAD систем, с

использованием традиционных языков программирования:

о Полная под держка отечественных стандартов.

о Автоматизированная подготовка комплекта конструкторско-технической

документации (КТД). о Возможность использования не только западных стандартных унифицированных элементов (HASCO, ЕОС Normalien, DME), но и отечественных.

о Обеспечение инженерных расчетов в процессе проектирования (помимо

выбора готовых решений), о Ориентация на отечественную инженерную школу, без серьезных

требований к знанию иностранного языка, о Неограниченные возможности по дополнению и доработке системы под нужды предприятия, в том числе создание своих собственных моделей пресс-форм (и других видов технологической оснастки). В результате нас получилась система проектирования пресс-форм, которая распространяется под торговыми марками САПР ИМ/Пресс-формы и Т-FLEX/Пресс-формы, и обеспечивает:

• Ручное проектирование, когда проектирование пресс-формы строится только на основе библиотеке стандартных элементов пресс-форм входящей в САПР ИМ/Пресс-формы (который аналогичен указанному выше подходу зарубежных «тяжелых» CAD систем).

• Автоматизированное проектирование - сквозной процесс КТПП пресс-формы, который производится на основе методик и расчетов, заложенных в САПР ИМ, с автоматической генераций готового комплекта КТД и трехмерной модели, как отдельных деталей, так и сборки (на основе библиотеки стандартных элементов пресс-форм).

• Смешанное проектирование, использующее наряду с библиотекой стандартной элементов расчеты отдельных элементов пресс-формы.

_ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

• Создание в САПР ИМ новой модели пресс-формы, или доработка уже

существующих.

Описанный подход позволяет добиться уникальной гибкости при проектировании пресс-форм.

САПР ИМ/Пресс-формы состоит из следующих основных частей:

• Библиотеки стандартных параметрических элементов пресс-форм, выполненных в трех исполнениях: полностью оформленных чертеж, фрагмент для вставки в двухмерный сборочный чертеж или ЗБ модель.

• Библиотека объектов САПР ИМ, содержащих как отдельные расчеты необходимые конструктору пресс-форм, так и интегрированные методики и расчеты по проектированию пресс-формы в целом.

• Набор шаблонов проектов для конструирования определенных классов пресс-форм (с включенными в них необходимыми объектами-расчетами). САПР ИМ/Пресс-формы имеет в своем составе объекты необходимые в

процессе проектирования пресс-форм:

• Постановка задачи на проектирование пресс-формы для производства определенной детали.

• Определение размеров гладких и резьбовых формообразующих поверхностей.

• Расчет термостатирования.

• Расчет технологической подготовки производства детали.

• Выбор и расчет литниковой системы.

• Выбор и конструкторская проработка пакета пресс-формы.

• Окончательный расчет пресс-формы и подготовка комплекта КТД.

_ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в

области автоматизации принятия конструкторских решений при изготовлении изделий машиностроения, а также опыт внедрения разработанного методического, информационного и программного обеспечения позволяют сделать следующие выводы:

• В работе доказано, что автоматизация проектирования изделий машиностроения должно осуществляться системно в виде систем принятия решений на основе разработанных формализованных, гибких, визуальных моделей и методик управления процессом принятия конструкторских решений описанных и систематизированных в данной работе.

• Теоретическими исследованиями установлено, что наиболее эффективный способ повышения качества и снижения сроков конструкторско-технологической подготовки производства - это активное использование компьютерной техники в процессе принятия проектных, на основе создания специализированного вида программного обеспечения - систем принятия решений. Решение указанной задачи заключается:

о В раскрытии механизмов лежащих в основе принятия проектных

решений специалистом-предметчиком. о В выявлении и описании формальных моделей описания структуры и

процесса проектирования, языков их представления, о В исследовании представления инженерных знаний в компьютерной форме.

о В разработке визуальных интегрированных инструментальных сред, предназначенных для автоматизации принятия решений в области машиностроения.

• Построение среды разработки и эксплуатации систем принятия решений в области машиностроения, ориентированной на специалистов-предметчиков, предполагает создание инвариантного программного продукта, который может быть использован для автоматизации проектно-конструкторских

_ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

работ в различных областях машиностроения. При этом в работе

предложена эффективная методика реализации подобных сред на основе

разделения функциональности по уровням, и применения принципа «объект-

возможность».

В работе достигнуты следующие практические результаты:

• Разработан программный продукт - «Система автоматизации проектирования изделий машиностроения» (САПР ИМ), которое зарегистрировано в Российском агентстве по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) 01.03.2002, № 2002610306, а так же предложена архитектура программных средств для комплексной автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства объектов машиностроения средней сложности. Предложенная архитектура хорошо зарекомендовала себя при автоматизации процесса проектирования пресс-форм, штампов, режущего и измерительного инструмента, станочных приспособлений.

• Разработана методика создания новых машиностроительных систем принятия решения и переноса предшествующих наработок в САПР ИМ.

Основное содержание работы отражено в 8 работах, в том числе:

1. Белявский А. К. Давыдкин А. С., Красиков М. , Никулин М. В., САПР ИМ -первое знакомство. «САПР и графика», №1 2002.

2. А. С. Давыдкин, М. В. Красиков, М. В. Никулин. Автоматизирование проектирование пресс-форм для литья под давлением на термопластавтоматах. «Полимерные Материалы», № 1(32), январь 2002.

3. А.С. Давыдкин, МВ. Красиков, М. В. Никулин. Проектирование технологической оснастки в Т-ЕЬЕХ/САПР ИМ (на примере форм для литья термопластов) Научно-технический альманах «Мир полимерных материалов» 2002 год.

4. Никулин М.В. Автоматизация принятия проектных решений. Тезисы докладов третьей международной конференции САО/САМ/РБМ - 2003. М.: Институт проблем управления РАН 2003-04-09.

î

»

ц

•¿ooHj

»1389 8

Введение

Глава 1. Состояние проблемы автоматизации конструкторских 9 решений

1.1. Разработка и эксплуатация символьной составляющей системы 16 принятия решения

1.1.1. Структуризация предметной области

1.1.2. Хранение массивов данных

1.1.3. Сохранение различных видов знаний

1.1.3.1. Алгоритмический подход к обработке информации

1.1.3.2. Неалгоритмический подход к обработке информации

1.2. Организация работы с переменной информаций

1.3.Системы проектирования изделий машиностроения на основе 36 универсальных CAD систем

1.4. Предшествующие попытки решения задачи автоматизации 40 принятия проектных решений силами специалистов-предметчиков

Глава 2. Структура и динамика системы разработки и эксплуатации 46 машиностроительных систем принятия решений

2.1. Структура системы разработки и эксплуатации систем принятия 49 I решения

I 2.2. Элементы блока разработки систем принятия решений

2.3. Элементы блока эксплуатации СПР

2.4. Пути дальнейшего развития САПР ИМ

Глава 3. Реализация среды разработки и эксплуатации 75 ^ машиностроительных систем принятия решений

3.1. Базовый уровень среды разработки и эксплуатации систем 77 принятия решений

3.2. Ядро среды разработки и эксплуатации системы систем принятия 84 решений

3.3 Пользовательский интерфейс САПР ИМ

Глава 4. Разработка и эксплуатации систем принятия решений в САПР 99 ИМ (на примере пресс-форм для литья термопластов)

4.1. Постановка задачи на проектирование СПР

4.2. Анализ предметной области СПР

4.3. Задание характеристик предметной области

4.4. Описание процесса принятия решений

4.5. Обеспечение генерации комплекта конструкторской 117 технологической документации

4.6. Обеспечение оперативной справки по процессу проектирования

На текущем социально-экономическом этапе основная проблема отечественных машиностроительных предприятий - это повышение конкурентоспособности, разрешение которой неразрывно связано с повышением требований, как качеству изделий, так и их стоимости, снижению сроков выпуска новой продукции. Поскольку большинство этих требований можно полностью или частично удовлетворить на этапе конструкторско-технологической подготовки производства, то увеличивается объем как данных работ, так требования к качеству их исполнения. Поскольку подготовка новых специалистов довольно длительный процесс, требующий в зависимости от специальности не менее 3-5 лет выходом из этого, на наш взгляд, является повышение производительности труда уже имеющихся на предприятиях конструкторов и технологов Под воздействием агрессивной рекламы фирм-поставщиков CAD-систем многие руководители решили, что если инженер будет проектировать и чертить не за кульманом, а на компьютере, то это автоматически решит все проблемы. В процессе внедрения этого подхода предприятиях это предположение оказалось неверным, поскольку большинство существующих CAD систем автоматизируют лишь подготовку конструкторско-технологической документации (КТД), а не собственно процесс проектирования, подразумевающий принятие тех или иных проектных решений. Именно при принятии проектных решений возникают самые дорогие с точки зрения их исправления ошибки. Ошибки же в конструкторской документации при работе на кульмане исправляются достаточно просто, например, с помощью карандаша и ластика. Поэтому только автоматизация принятия проектных решений способна существенно повысить качество и интенсивность проектных работ. Автоматизированные системы принятия проектных решений должны быть ориентированы на поддержку действий специалиста-предметчика в процессе конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) и представлять собой гамму программных средств, позволяющую комплексно решать определенный класс задач в некоторой области машиностроения. Далее область машиностроения, автоматизируемую системой принятия решений, будем называть «предметной областью» (ПрО).

Следует отметить, что данных предметных областей множество, причем каждая из них может иметь свою специфику, как для конкретного предприятия, так и для отдельных его подразделений, в силу сложившейся методики проектирования, стандартов предприятия, технологического оснащения. Кроме того, они чаще всего плохо формализованы, поэтому суть принятия решений представлена в виде эвристик или глубоко сокрыта в головах специалистов предприятия (другими словами существует проблема передачи знаний о ней от специалиста людям несведущим в ней). Очевидно, что система автоматизации принятия проектных решений, ориентированная на решение задач группы проектировщиков конкретного предприятия, позволит интенсифицировать процесс проектирования, повысить его качество и обеспечить лучшую интеграцию предприятия со своими партнерами. Однако при реализации указанного подхода есть только одна проблема: как сделать это быстро, эффективно (с точки зрения качества) и дешево. Традиционными методами, основанными на использовании классических языков программирования, данную задачу решить не представляется возможным, поскольку обычно это подразумевает довольно длительный процесс разработки, при котором неизбежно большое количество ошибок и нестыковок с точки зрения предметной области. . А, кроме того, существует дефицит высококвалифицированных программистов на отечественных машиностроительных предприятиях, а, следовательно, дороговизна оплаты их труда.

Решение следует искать в унификации процессов разработки указанного вида программного обеспечения, и создании на его основе гибких, интеллектуальных, визуальных, ориентированных на специалистов-предметчиков сред разработки, а также сред по эксплуатации уже готовых систем принятия решений (СПР). Разработка данных инструментальных средств систем имеет большое значение в современных условиях, т. к. позволяет решить следующие основные проблемы:

1. Переноса проектирования в компьютерную среду, что даст возможность сохранить, приумножить, модернизировать и эффективно использовать интеллектуальную собственность предприятия.

2. Снижения затрат на проектирование за счет эффективного использования автоматизации решения формализованных инженерных задач, и поддержки (помощи) проектировщика при решении плохо формализуемых задач, за счет поиска подходящих или сходных вариантов.

3. Повышения качества проектирования за счет сокращения количества ошибок и использования новейших методик и расчетов в данной предметной области.

Объект исследования. Процесс автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства.

Предмет исследования. Изделия машиностроения малой и средней сложности (до 1000 деталей и узлов).

Цель работы. Целью работы является сокращение сроков и 4 повышение качества проектных разработок, на основе предложенных моделей формализации методов принятия проектно-конструкторских решений.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с применением основных положений теории конструирования изделий машиностроения, принципов системного анализа, элементов теории графов, формальных грамматик, конечных автоматов и основ искусственного интеллекта. Для разработки программно-математического обеспечения использовались методы объектно-ориентированного программирования и реляционных, иерархических и объектно-ориентированных баз данных.

Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы включает:

Модели процесса проектирования изделий машиностроения, что подразумевает выявление и формализацию действий пользователя в процессе конструирования изделий машиностроения.

Базовая совокупность методов конструирования, которые позволяют принимать эффективные конструкторские решения с одной стороны, подающиеся автоматизации с другой стороны.

Обобщенная модель программной системы автоматизации обработки символьных знаний в области машиностроения, с конкретизацией в области создания среды разработки или эксплуатации СПР.

Практическая ценность. Полученные в работе результаты теоретических исследований и экспериментальных проверок нашли применение для конструирования изделий машиностроения и включают: Методику переноса накопленных машиностроительных знаний о конструирования изделий машиностроения в компьютерную среду.

Методику разработки и эксплуатации систем принятия конструкторских решений на основе разработанных моделей.

Новое программное решение для комплексной автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства.

Апробация и публикация работы. Основные научные и практические положения работы докладывались и обсуждались на:

Третьей международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта. CAD/CAM/PDM-2003».

IX всероссийском семинаре «Передовые российские технологии для автоматизации проектирования и подготовки производства»

Российский интегрированный комплекс T-FLEX

CAD/CAM/CAE/PDM).

Седьмой международная выставка "Металлобработка-2002". Ежегодной выставке информационных технологий "SofTool 2002".

Основные результаты и выводы

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в области автоматизации принятия конструкторских решений при изготовлении изделий машиностроения, а также опыт внедрения разработанного методического, информационного и программного обеспечения позволяют сделать следующие выводы:

• Теоретическими исследованиями установлено, что наиболее эффективный способ повышения качества и снижения сроков конструкторско-технологической подготовки производства - это активное использование компьютерной техники в процессе принятия проектных, на основе создания специализированного вида программного обеспечения - систем принятия решений. Для решения данной задачи в диссертации были: о Раскрыты механизмы лежащие в основе принятия проектных решений специалистом-предметчиком. о Выявлены и описаны формальные модели и методики описания структуры и процесса проектирования, и языки их представления, о Разработана визуальная интегрированная инструментальная среда разработки и эксплуатации систем принятия, которая позволяет решить задачу автоматизации принятия решений в области машиностроения.

• Построение среды разработки и эксплуатации систем принятия решений в области машиностроения, ориентированной на специалистов-предметчиков, предполагает создание инвариантного программного продукта, который может быть использован для автоматизации проектно-конструкторских работ в различных областях машиностроения. При этом в работе предложена эффективная методика реализации подобных сред на основе разделения функциональности по уровням, и применения принципа «объект-возможность».

3. По сравнению с разработкой систем принятия решений (СПР) на основе традиционных подходов (языках программирования 3-го или 4-го поколения), при создании СПР с помощью САПР ИМ удалось добиться следующих преимуществ:

• Главными разработчиками систем автоматизированного проектирования являются специалисты-предметчики.

• Использование технологий САПР ИМ по созданию систем принятия решений позволило: снизить сроки разработки ориентировочно 3-4 раза (относительно ЯП 3-го и 4-го поколения), 1,5-2 раза (относительно аналогов).

Снизить затраты на разработку (за счет снижения количества разработчиков, а также возможности неограниченной модификации полученного программного обеспечения).

В работе удалось добиться следующих практических результатов:

• Разработан программный продукт - «Система автоматизации проектирования изделий машиностроения» (САПР ИМ) , которое зарегистрировано в Российском агентстве по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) 01.03.2002, № 2002610306, а так же предложена архитектура программных средств для комплексной автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства объектов машиностроения средней сложности. Предложенная архитектура хорошо зарекомендовала себя при автоматизации процесса проектирования пресс-форм, штампов, режущего и измерительного инструмента, станочных приспособлений.

• Разработана методика создания новых машиностроительных систем принятия решения и переноса предшествующих наработок в САПР ИМ.

Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при выполнении следующих проектов:

Программа «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма 201 «Производственные технологии», раздел 201.06 «Интегрированные системы создаваемой машиностроительной продукции (CAE-, CAD-, САМ-технологии)», проект «Интегрированная система проектирования и изготовления технологической оснастки в машиностроении (САПР/Оснастка)».

Пилотный проект Минобразования и МПНТ РФ «Разработка и внедрение комплексной системы информационной поддержки жизненного цикла наукоемкой продукции» на предприятиях оборонной промышленности на 2003-2005 г.г.

Пилотный проект Минобразования и МПНТ РФ «Разработка и внедрение комплексной компьютерной системы информационной поддержки жизненного цикла наукоемкой продукции на ФГУП ММПП «Салют»» на 2003-2004 г.г.

Разработанная система внедрена на ряде промышленных предприятий (ММПП «САЛЮТ», ЛЭМЗ, ГПЗ, ) и учебных заведений (МГТУ «СТАНКИН», Полтавский НГУ, Новгородский университет им. Ярослава Мудрого).

Пути развития систем принятия проектных решений и средств по их разработке

Данным исследованием было практически полностью покрыто описание предметной области, Кроме представления автоматического синтеза облика изделия. Поэтому основным путем развития продолжения исследования i является проблема представления правил синтеза комплексного проектного решения на основе элементарных. При этом основными принципами данного синтеза, по-видимому, должны стать функциональный анализ и морфологический разбор признаков.

Кроме того, предполагается покрытие визуальными инструментальными средствами таких этапов разработки системы принятия решений (СПР) как постановка задачи, определение функций, функциональный анализ, предложение структуры СПР. Необходимость автоматизации данных этапов вызвана тем, что специалист-предметчик при решении сложных не может их выполнить их за короткий срок и с должным качеством, поскольку он хороший специалист в своей предметной области, а не в функциональном анализе и синтезе, или не имеет большого опыта в автоматизации. Эти инструменты должны позволять не только I документировать процесс проектирования СПР, но и подсказывать наилучшие варианты решения, предлагать использовать опыт предшествующих разработок, находить ошибки.

1. Jami J. Shah, Martti Mantilla, Parametric and Feature-based CAD/CAM. Concepts, Techniques, and Applications.

2. CATIA Version 5, Release 7. Workbench Documentation.

3. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. Для вузов,- М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2000. 360 с. Ил. (Сер. «Информатика в техническом университете»).

4. Норенков И. П., Кузьмик П. К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. - 320 е.: ил.

5. Кулупулос Томас М. «Необходимость Workflow. Решения для реального бизнеса» Пер. с англ. «Весть-Метатехнология», 2000. 384

6. Андрей Мазурин. С AS.CADE технология и инструмент разработки САПР. «САПР и графика» №8 1999 г.

7. Кожемякин В. С. IMBASE, или Жизнь болта. «САПР и графика» №5 2001 г.

8. Артем Аведьян. SolidWorks API универсальная платформа для разработки пользовательских приложений.

9. Виктор Беспалов, Валерий Клишин, Владимир Краюшкин. Развитие систем PDM: вчера, сегодня, завтра.Перспективы развития систем PDM на ближайшее будущее: прогноз бума Интернет-возможностей. «САПР и Графика» № 1 2002.

10. Ю. В. Лысенко. Интерпретирующие системы как инвариантные компоненты моделей проектирования в САПР. «Информационные технологии в проектировании и производстве» № 2 1999 г.

11. П.Шестопал Ю. Т., Моисеев В. Б., Дорофеев В. Д. Основы интеллектуальных САПР технологии: Монография/ Под общ. Ред. Ю.9 128 Т. Шестопала. Пенза: Изд-во пенз. Гос. Тех.ун-та, 1995. - 244 е.: 20 ил., 3 табл., библиогр. 75 назв.

12. Хорафас Д., Легг С. Конструкторские базы данных/ Пер. с англ. Д. Ф. Миронова. М.: Машиностроение, 1990. - 224 е.: ил.

13. А. В. Цырков, А. В. Торпачев, С. В. Чефранов. Модель процесса ^ проектирования в АСТПП. ' «Информационные технологии в , проектировании и производстве» №2 1999 г.

14. А. В. Цырков, П. А. Иосифов, А. В. Торпачев. Разработка подсистем интегрированной АСТПП. №4 1998 г.

15. В. И. Дмитров. CALS, как основа проектирования виртуальных предприятий. «Автоматизация проектирования».

16. Андрей Мазурин. CASE-средства для автоматизации инженерной * деятельности. «САПР и графика» № 2 2001.

17. Р. А. Ашинянц, А. М. Нечипай. Модифицируемые рассуждения в задачах медицинской диагностики. «САПР и графика» №2 1999 г.

18. Раздел 2. Хранение данных.

19. Артемов Д. В. Microsoft SQL Server 2000. Новейшие технологии. М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция», 2001. - 576 стр.

20. В.В. Корнеев, А.Ф. Гареев, С.В. Васютин, В. В. Райх. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации. М.: «Нолидж», 2000. - 352 е., ил.

21. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных.: Пер. с англ. — 6-е изд. -К.: Диалектика, 1998. 784 с.

22. Сергей Дунаев. Доступ к базам данных и техника работы в сети. Практические приемы современного программирования. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999 -416 с.

23. Джордан, Дэвид. Обработка объектных баз данных в С++. Программирование по стандарту ODMG. Пер. с англ.: Уч. пос. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. - 384 е.: ил. - Парал. тит. англ.

24. Харрингтон Д. Проектирование объектно-ориентированных баз данных: Пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2001. - 272 е.: ил. (Серия «Для программистов»)

25. Раздел 3. Искусственный интеллект и экспертные системы.

26. Статические и динамические экспертные системы: Учеб. пособие/ Э.В. Попов, И. Б. Фоминых, Е.Б. Кисель, М. Д. Шапот. М.: Финансы и статистика, 1996. - 320 с.

27. Базы знаний интеллектуальных систем/ Т.А. Гаврилова, В. X. Хорошевский СПб: Питер, 200. - 384 с.

28. Нейронные сети. STATISTICA Neural Networks: Пер. с англ. М.: Горячая линия - Телеком. 2000. - 182 с.

29. Искусственные интеллект: В 3-х кн. 3. Программные и аппаратные средства: Справочник/ Под ред. В. Н. Захарова, В.Ф. Хорошевского. — М.: Радио и связь, 1990. 368 с.

30. Таунсенд К., Фохт Д., Проектирование и программная реализация экспертных систем на персональных ЭВМ: Пер. с англ. / Предисл. Г.С. Осипова М.: Финансы и статистика, 1990. - 320 с.

31. Е. Ю Тимофеев, И. В. Василевский, Парапрограммирование как информационная технология. Информационные технологии № 3, 1996.

32. Джексон, Питер. Введение в экспертные системы.: Пер. с англ.: Уч. пос. -М. Издательство «Вильяме», 2001.- 624 е.: ил.

33. Хьювенен Э., Сеппянен Й. Мир Лиспа. В 2-х т. Т.1: Введение в язык Лисп и функциональное программирование. Пер. с финск. — М.: Мир, 1990. 447 с.

34. Хьювенен Э., Сеппянен И. Мир Лиспа. В 2-х т. Т.2: Методы и системы программирования. Пер. с финск. М.: Мир, 1990. - 319 с.

35. Ю.Герман О. В. Введение в теорию экспертных систем и обработку знаний.- Мн.: ДизайнПРО, 1995 е.; ил.

36. Интеллектуальные системы принятия проектных решений/ А.В. Алексеев, А. Н. Борисов. Э.Р. Вилюмс, Н.Н. Слядзь, С.А. Фомин. Рига: Зинаине, 1997. - 320 е., ил.

37. Емельянов В.В., Ясиновский С. И. Введение в интеллектуальное имитационное моделирование сложных дискретных систем и процессов. Язык РДО. М.: «АНВИК», 1998. - 427 е., ил. 136.

38. Тарасов Валерий Борисович, От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика.- М.: Эдиторал УРСС, 2002.-352 с. (Науки об искусственном). 14.Э. Хант. Искусственный интеллект. -М.: Мир, 1978.-558 с. Ил.

39. Программные средства интеллектуальных систем/ А. Е. Городецкий, В. В. Дубаренко, И. Л. Тарасова, А. В. Шереверов. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000. 171 е., ил.

40. Сошников Д. В. Логический вывод на основе удаленного вызова и включения в системах с распределенной фреймовой иерархией/ Под ред. В. Е. Зайцева. М.: «Вузовская книга», 2002. - 48 е.: ил.

41. И. В. Прагнишвили. Экспертные системы. «Измерения, контроль, автоматизация» №2(66) 1988 г.

42. Ватанабэ М. Системы поддержки приобретения знаний. Всесоюзный центр переводов. 28.23.15.

43. Эдуард Клышинский. Агентные системы: классификация и применение. «САПР и графика» №8 1999 г.

44. Раздел 4. Методики и технологии разработки программного обеспечения

45. Арчер Т. Основы С#.Новейшие технологии/Пер. с англ. М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2001. -448 с.

46. Разработка приложений SAP R/3 на языке АВАР/4. Рюдигер Кречмер, Вольфганг Вейс.- М: «Лори», 1998.

47. Горбунов-Посадов М.М. Расширяемые программы. М.: Полиптих, 1999.-336 с.

48. Брукс Ф. Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы. СПб.: Символ-Плюс, 1999. - 304 с.

49. Рихтер Ж. Программирование на платформе Microsofy .Net Framework/Пер. с англ. М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2002. -512 стр.: ил.

50. Петцольд Ч. Программирование для Microsoft Windows на С#. В 2-х томах. Пер. с англ. М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2002. - 576 е.: ил.

51. Методология IDEF0. Стандарт. Русская версия.

52. Методология IDEF1X. Стандарт. Русская версия.

53. Объектные модели. Стратегии, шаблоны и приложения. Петер Коуд, Девид Норт, Марк Мейфилд. Издательство «Лори», 1999 г. 424 с.

54. Структурные модели в объектно-ориентированном анализе и проектировании. Эдвард Иордон, Карл Аргила. Издательство «Лори», 1999 г.-264 с.

55. И.Ойхман Е. Г, Попов Э. В. Реинжениринг бизнеса: Реинжениринг организаций и информационные технологии. М.: Финансы и статистика, 1997. 336 е.: ил.

56. Вендоров А. М. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1998. - 176 е.: ил.

57. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя: Пер. с англ. -М.: ДМК, 2000. 432 е.: ил. (Серия «для программистов»).

58. UML и Rational Rose. Уэнди Боггс, Майкл Боггс. Издательство «Лори», 2000-580 с.

59. Калянов Г. Н. CASE технологии. Конгсалтинг при автоматизации бизнес-процессов. 2-е изд. Перераб. И доп. - М.: Горячая линия -Телеком, 2000. - 320 е., ил

60. Инженер Мареев. И все-таки это искусство! PC WEEK/RE №35 21 сентября 1999 г.

61. Г. Буч. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд./ Пер. с англ. — М.: «Издательство Бином», СПб.: «Невский диалект», 1999 г. — 560 е., ил.

62. Microsoft Corporation. Принципы проектирования и разработки программного обеспечения. Учебный курс MCSD: Пер. с англ. М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2000. - 608 стр.: ил.

63. В. А. Ивлев, Т. В. Попова. Реорганизация деятельности предприятий: от структурной к процессной организации. М.: ООО Издательство «Научнтехлитиздат», 2000 г.

64. Август-Вильгельм Шеер. «Бизнес-процессы. Основные понятия. Теория. Методы». Издание 2-е, переработанное и дополненное. Пер. с англ.

65. Август-Вильгельм Шеер. «Моделирование бизнес-процессов». Издание 2-е, переработанное и дополненное. Пер. с англ.

66. Давид Марка, Клемент МакГоуэн. Методология структурного анализа и проектирования: Пер. с англ. М.: 1993, 240 е., ил.

67. Паранджанов В. Д. Как улучшить работу ума: Алгоритмы без программистов это очень просто! - М.: Дело, 2001. - 360 с. — Ил.: 154.

68. Галаган Н. И. Библиотека стратегий решения задач в системах планирования действий. «Техническая кибернетика» №5 1983 г.

69. Структурный анализ систем: IDEF-технологии/С.В. Черемных, И. О. Семенов, B.C. Ручкин. М.: Финансы и статика, 2001.- 208 е.: ил. -(Прикладные информационные технологии).

70. Моделирование и анализ систем: IDEF-технологии: практикум/С.В. Черемных, И. О. Семенов, B.C. Ручкин. М.: Финансы и статика, 2001.- 192 е.: ил. - (Прикладные информационные технологии).

71. Кнут, Дональд, Эрвин. Искусство программирования, том 1. Основные алгоритмы, 3-е изд.: Пер. с англ. : Уч. пос. М: Издательский дом «Вильяме», 2000. - 720 с.

72. Раздел 5. Математические и другие основы для разработки программногообеспечения.

73. Ахо, Алъфред, В., Сети, Равви, Ульман, Джеффри, Д. Компиляторы: принципы, технологии и инструменты.: Пер. с англ. М. Издательский дом «Вильяме», 2001. - 768 е.: ил.

74. Тан К.Ш., Стиб В.-Х., Харди Й. Символьный С++: Введение в компьютерную алгебру с использованием объектно-ориентированного программирования: Пер. со 2-го англ. Изд. М.: Мир, 2001. - 622 е., ил

75. Зеленский К.Х., Игнатенко В. Н., Коц А. П. Компьютерные методы прикладной математики. В 2-х томах. К.: Дизайн - В, 1999.

76. Гайдышев И. Анализ и обработка данных: специальный справочник — СПб Литер, 2001. 752 с.:ил.

77. Ахо, Альфред, В., Хопкрофт, Джон, Ульман, Джефри, Д. Структуры данных и алгоритмы.: Пер. с англ.: Уч. пос. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000. - 384 с. Ил. - Парал. тит. англ.

78. Павлов В. В. Типовые математические модели в САПР ТПП: Учеб. Пособие. М.: Мосстанкин, 1988. - 76 с.1. Раздел 6. Аналоги.

79. С.А. Евдокимов, А.В. Рыбаков, Ю. М. Соломенцев. Интеллектуальная интегрированная система ИнИС — оболочка для разработки и эксплуатации программных приложений пользователя. Информационные технологии № 3, 1996.

80. Рыбаков А. В., Евдокимов С. А., Мелешина Г.А. Создание автоматизированных систем в машиностроении: Учеб. Пос. — М.: Издательство «Станкин», 2001-157 стр.

81. Филиппов Вячеслав Алексеевич. Разработка информационных систем с помощью кодогенератора прикладных систем SB+. М.: Эдиториал УРСС, 2002.-164 с.

82. Евгенев Г. Б. Системология инженерных знаний: Учеб. Пособие для вузов. М. Изд-во МГТУ им. Баумана, 2001. - 376 е., (Сер. Информатика в техническом университете).

83. Г. В. Евгенев. Модели вместо алгоритмов. Смена парадигмы разработки систем. «Информационные технологии» №3, 1999 г.

84. Цветков В. Д., Петровский А. И., Толкачев А. С. Проблемно-ориентированные языки систем автоматизированного технологического проектирования/Под. Ред. П. И. Ящерицына. Мн.: Наука и техника, 1984. - 192 с.

85. Канд. Диссертация. Давыдкин Анатолий Сергеевич. Повышение эффективности конструкторско-технологической подготовки производства путем разработки и использования автоматизированной базы знаний (на примере штампов листовой штамповки и пресс-форм).

86. Анатолий Рыбаков, Сергей Евдокимов, Андрей Краснов, Николай Никонов, Денис Сабанин. Автоматизация деятельности конструктора технологической оснастки. «САПР и графика» №8 2002 г.

87. Евдокимов С. А., Рыбаков А. В., Соломенцев Ю. М. Интегрированная интеллектуальная система ИнИС оболочка для разработки иэксплуатации программных приложений пользователя. «Информационные технологии» № 3,1996 г. с. 10-13.

88. С.А. Евдокимов, А. В. Рыбаков. Создание прикладных систем поддержки действий пользователя при решении задач конструкторско-технологической информатики. «Информационные технологии» №5,1996.

89. Барии Филипс. Программное обеспечение и инструментальные средства САПР ПО. «Электроника» №2 1989 г.

90. А.С. Нариньяни, В.В. Корниенко, С.В. Прейс, И. Е. Швецов. ФинПлан: новая технология финансово-экономического планирования в условиях неполноты информации. «Информационные технологии» № 11, 1998 г.

91. А. С. Нариньяни. Модель или алгоритм: новая парадигма информационной технологии. «Информационные технологии» №41997.

92. Раздел 7. Публикации по теме диссертации.

93. Прохоров А.Ф. Общая методология проектирования машин: Учеб. Пособие по курсу «Системное проектирование технологических машин и комплексов». М.: Изд-во МГТУ, 1994. - 44 е., ил.

94. Прохоров А. Ф. Системное проектирование технологических машин: Учеб. Пособие по курсу «Системное проектирование технологических машин и комплексов». -М.: Изд-во МГТУ, 1994.

95. А.Ф. Прохоров. Системное проектирование технических средств. «Автоматизация проектирования» №1 (7) 1998 г.

96. Раздел 8. Публикации по теме диссертации

97. А. С. Давыдкин, М. В. Красиков, М. В. Никулин. Автоматизированиепроектирование пресс-форм для литья под давлением на термопластавтоматах. «Полимерные Материалы», № 1(32), январь 2002.

98. Белявский А. К. Давыдкин А. С., Красиков М., Никулин М. В., САПР ИМ первое знакомство. «САПР и графика», №1 2002.

99. А.С. Давыдкин, MB. Красиков, М. В. Никулин. Проектирование технологической оснастки в T-FLEX/САПР ИМ (на примере форм для литья термопластов) Научно-технический альманах «Мир полимерных материалов» 2002 год.

100. Анатолий Давыдкин, Михаил Красиков, Максим Никулин. Обеспечение качества проектирования технологической оснастки (на примере пресс-форм для литья термопластов под давлением). «Квалификация и качество», №1, 2003.

101. Никулин М.В. Автоматизация принятия проектных решений. Тезисы докладов третьей международной конференции CAD/CAM/PDM -2003. М.: Институт проблем управления РАН 2003-04-09.

102. Раздел 9. Литературные источники по проектирование пресс-форм длялитья термопластов

103. Пантелеев Ю. П. Справочник по проектированию оснастки, М., 1985 г.

104. Давыдкин А. С. Кандидатская диссертация «Повышение эффективности конструкторско-технологической подготовки производства путем разработки и использования автоматизированной базы знаний (на примере штампов листовой штамповки и пресс-форм)», М., 1996 г.