автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Метод технологического проектирования на основе интеллектуальных конструкторско-технологических моделей в авиадвигателестроении

Перечень условных обозначений, символов и терминов .б

Введение

Глава 1. Состояние проблемы. Цели и задачи исследования

1.1. Методы технологического проектирования

1.2. Процесс проектирования и его структура

1.2.1. Характер процесса проектирования и его структура.

1.2.2. Свойства решений процесса технологического проектирования

1.3. Системы автоматизированного технологического проектирования.

1.3.1. Анализ систем* автоматизированного проектирования

1.3.2. Формирование структуры процесса проектирования

1.4. Цели и задачи исследования.

1.5. Выводы к главе

Глава 2. Разработка метода технологического проектирования деталей ГТД на основе интеллектуальных конструктор-ско-технологических моделей

2.1. Информационная основа предлагаемого метода

2.1.1. Основные требования к методу проектирования

2.1.2. Концепция метода проектирования на основе интеллектуальных конструкторско-технологи-ческих моделей

2.1.3. Информационная основа метода. Интеллектуальная конструкторско-технологических модель структурная единица целостности

2.2. Разработка моделей для метода проектирования, направленных на поддержку технологической стадии жизненного цикла деталей ГТД

2.2.1. Структурно-информационная модель метода, охватывающая технологическую стадию жизненного цикла деталей ГТД

2.2.2. Выбор адекватных моделей технологических решений при изменении производственной среды

2.2.3. Моделирование связей конструкторско-техно-логических моделей

2.2.4. Модели проектирующих процедур

2.3. Способ накопления технологических знаний

2.3.1. Анализ методов представления инженерных знаний

2.3.2. Разработка способа накопления знаний для формирования структуры процесса проектирования

2.4. Выводы к главе Разработка архитектуры САПР с выделением уровня формирования структуры процесса проектирования технологии изготовления деталей ГТД

3.1. Реализация предлагаемого метода технологического проектирования в САПР.

3.1.1. Основные требования к САПР ТП изготовления деталей ГТД

3.1.2. Выделение уровня формирования структуры процесса проектирования в архитектуре САПР ТП

3.2. Разработка моделей взаимодействия элементов САПР ТП.

3.2.1. Модель многоуровневого интерфейса доступа к конструкторско-технологическим данным

3.2.2. Формирование информационных сред проектирующих процедур. Модели проектных задач

3.2.3. Интеграция с САБ/САМ/САЕ системами и внешними базами знаний

3.3. Обработка знаний в составе структурных единиц целостности (интеллектуальных конструкторско-технологических моделей)

3.3.1. Взаимодействие структурных единиц целостности на основе механизма обмена информацией

3.3.2. Схемы взаимодействия САПР ТП с проектировщиком и экспертом.

3.3.3. Интерпретация технологических знаний. Машина вывода

3.4. Выводы к главе 3. Разработка экспертной системы формирования структуры процесса проектирования и решения технологических задач.

4.1. Проблемные области технологической экспертной системы

4.1.1. Обоснование использования экспертных систем в области проектирования технологии

4.1.2. Требования к экспертной системе формирования структуры процесса проектирования.

4.1.3. Экспертная система как средство решения задач формирования структуры процесса проектирования.

4.1.4. Экспертная система как средство решения трудно формализуемых задач технологического проектирования

2. Интеграция экспертной системы с конструкторско-технологическими моделями, содержащими знания

4.2.1. Модель представления знаний технологической экспертной системы. Структурная модель базовых элементов экспертной системы.

4.2.2. Модель факта предметной области. Доступ к структурным единицам целостности

4.2.3. Модель продукционного правила. Области поиска и выбора решений

3. Исследование особенностей обработки технологических знаний.

4.3.1. Модель механизма вывода. Особенности немонотонного вывода

4.3.2. Модели представления технологических знаний на уровне проектировщика

4. Выводы к главе

1. Фрагмент технологического проектирования на основе структурных единиц целостности

2. фрагменты базы знаний по размерным параметрам

Перечень условных обозначений, символов и терминов

БД - база данных;

БДЗП - база данных и знаний проекта;

ВМОСС - визуальная модель описания свойств и связей;

ВТ - вычислительная техника;

ГТД - газо-турбинные двигатели;

КТО - конструкторско-технологические объекты;

МПЗ - моделей проектных задач;

ОП - объект проектирования;

ПО - проблемная область;

ПП - процесс проектирования;

САПР ТП - система автоматизированного проектирования технологических процессов;

СГМ - система геометрического моделирования;

СЕЦ - структурная единица целостности;

СУБД - система управления базами данных;

ТП - технологический процесс;

ФСПП - формирование структуры процесса проектирования;

ЧПУ - числовое программное управление;

ЭС - экспертная система;

CAD Computer Aided Design;

САМ Computer Aided Manufacturing;

CAE Computer Aided Engineering;

CAPP Computer Automated Procèss Planung;

CALS Continuons Acquisition and Life-cicle Support;

Повышение конструкторской и технологической сложности изделий авиадвигателестроения и сокращение сроков разработки технологических процессов (ТП) их изготовления требуют применения более совершенных методов автоматизированного проектирования и моделирования технических объектов и процессов. Полученные на этапе технологической подготовки производства (ТПП) решения должны сохранять свою достоверность и адекватность на протяжении жизненного цикла технологии изготовления деталей ГТД с учетом изменений производственной среды. Это подтверждается требованиями международных стандартов типа CALS, ориентированных на информационную поддержку сложных изделий в течение всего их жизненного цикла.

Актуальность информационной поддержки технологических решений обусловлена как сложностью и динамичностью авиадвигателестроения, так и характером технологического проектирования - процесса со сложной структурой и слабо формализованными задачами, решаемыми, как правило, на основе эвристик. В этой связи необходимы новые концепции в области технологического проектирования, повышающие эффективность ТПП, направленные на применение известных и накопление новых инженерных знаний и обеспечивающие информационную поддержку жизненного цикла технологии изготовления деталей ГТД.

В настоящей работе предложены оригинальный метод технологического проектирования и архитектура САПР ТП на основе автоматизированного накопления знаний в составе конструкторско-технологических моделей, используемых в дальнейшем для принятия новых и адаптации существующих проектных решений применительно к условиям производственной среды.

Цель работы: Повышение эффективности технологической подготовки производства путем'обеспечения поддержки адекватности технологических решений условиям производственной среды на протяжении всего жизненного цикла технологии изготовления деталей ГТД.

Задачи исследования.

1. Исследовать процесс, методы и системы автоматизированного проектирования технологии изготовления деталей ГТД.

2. Определить информационную основу процесса автоматизированного проектирования, базирующегося на конструкторско-технологическом моделировании с использованием знаний.

3. Разработать модели процесса проектирования технологии изготовления деталей ГТД, обеспечивающие адекватную реакцию на изменения производственной среды на всех стадиях жизненного цикла технологии, с сохранением взаимосвязей отдельных технологических решений.

4. Разработать архитектуру САПР ТП, обеспечивающую реализацию предлагаемого метода технологического проектирования.

5. Разработать технологическую экспертную систему, интегрированную в САПР ТП, предназначенную для обработки инженерных знаний в составе конструкторско-технологических моделей.

Методика исследования. Использовались: теории множеств, графов, логика предикатов и продукционных систем, методы и способы представления и обработки знаний. Экспериментальные исследования проводились на ЭВМ в лаборатории САПР ТП кафедры "Технология машиностроения" и АО "Рыбинские моторы". Научная новизна.

1. Разработан метод технологического проектирования, отличающийся от известных тем, что' основан на интеллектуальных кон-структорско-технологических моделях, содержащих знания о проектных решениях и условиях их получения и обеспечивает информационную поддержку адекватности технологических решений условиям производственной среды на протяжении всего жизненного цикла технологии изготовления деталей ГТД.

2. Разработан способ накопления технологических знаний, обладающий преимуществом, в том что обеспечивает их автоматизированную подготовку в процессе технологического проектирования для решения задач формирования его структуры.

3. Разработана архитектура САПР ТП, включающая новый уровень формирования структуры процесса проектирования и реализующая предлагаемый метод технологического проектирования.

4. Разработана технологическая экспертная система в составе САПР ТП, оригинальная в части обработки знаний, интегрированных в конструкторско-технологические модели на уровне формирования структуры процесса проектирования.

На защиту выносится: ' Метод технологического проектирования в авиадвигателестроении. Способ накопления технологических знаний. Технологическая экспертная система.

Практическая ценность и реализация работы.

1. Разработана архитектура САПР технологических процессов изготовления деталей ГТД обеспечивающая: накопление инженерных знаний при минимизации затрат по подготовке информации; контроль связей между этапами процесса проектирования и взаимоотображение параметров ТП; поддержку проектных решений на протяжении всего жизненного цикла ТП.

10

2. Реализована технологическая экспертная система, обеспечивающая эффективное формирование структуры процесса и решение трудно формализуемых задач технологического проектирования.

3. Результаты исследований применены на АО "Рыбинские моторы" в составе среды проектирования технологии механообработки "ГрафиТ ТМ" и используются в учебном процессе в рамках дисциплины "Системы искусственного интеллекта в технологическом проектировании" .

Апробация работы. Научные и практические результаты по различным разделам диссертации докладывались на международной НТК "Моделирование интеллектуальных процессов проектирования и производства", г.Минск, 1996 г.; на Всероссийской молодежной НТК "XXI Гагаринские чтения", МГАТУ, г.Москва, 1996 г.; на Всероссийской НТК "Автоматизация проектирования и производства изделий в машиностроении", г.Луганск, 1996 г.; на Всероссийской молодежной НТК "Проблемы энергомашиностроения", УГАТУ, г.Уфа, 1996 г.; на академической НТК РБ "Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий", г.Уфа, 1997 г. Технологическая экспертная система "ТеЗИС 1.0" зарегистрирована (N 970103) в РОСАПО.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем работы. Работа включает введение, четыре главы, заключение, список используемой литературы из 105 наименований и приложение. В основной части 107 страниц текста, 24 рисунка. Приложение содержит фрагменты сеанса проектирования и баз знаний.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Установлено, что поддержка проектных решений на протяжении всего жизненного '.цикла технологии изготовления деталей ГТД возможна только на основе интеллектуальных конструкторско-технологических моделей, учитывающих изменения производственной среды.

2. Разработан метод технологического проектирования в авиадвигателестроении, использующий автоматизированное накопление знаний и обеспечивающий повышение эффективности технологической подготовки производства в части проектирования ТП в виде моделей, учитывающих изменения производственной среды.

3. Исследование связей процесса проектирования позволило создать способ автоматизированного накопления знаний, заключающийся в сохранении контекста принятия технологических решений в процессе проектирования параллельно работе технолога.

4. Разработан инструментарий технологической экспертной системы в виде методоориентированного модуля в составе САПР ТП.

5. Разработана архитектура САПР технологических процессов изготовления деталей ГТД инвариантная их классам и снижающая сложность проектирования за счет использования взаимосвязей интеллектуальных конструкторско-технологических моделей.

6. На основе предложенных метода и способа реализованы элементы среды проектирования технологии "Графит ТМ", используемой на АО "Рыбинские моторы" и разработана технологическая экспертная система "ТеЗИС" применяемая в учебном процессе УГАТУ на кафедре "Технология машиностроения".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ