автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение качества компоновок станков на основе использования экспертных знаний

РГ6 од

1' — I

На правах рукописи

ИСХАКОВ ЗУФАР ФАРГАТОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА КОМПОНОВОК СТАНКОВ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКСПЕРТНЫХ ЗНАНИЙ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -

1996

Работа выполнена на кафедре "Станки" Московского государственного технологического университета "СТАНКИН"

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор ХОМЯКОВ B.C. Официальные оппоненты: доктор технических наук.

профессор АВЕРЬЯНОВ О.И. кандидат технических наук, доцент ШИБАНОВ Е.И.

Ведущее предприятие: МСКБ АЛ и СС.

Защита диссертации состоится <<^Ч >> _1996 г.

в QO_часов на заседании специализированного Совета

К 063.42.05 в Московском государственном технологическом университете по адресу: 101472, ГСП, Москва К-55. Вадковский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технологического университете.

Автореферат разослан «43 » jMl3~_1996 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук,

доцент Ю.П.ПОЛЯКОВ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Работа посвящена автоматизированному синтезу компоновок несущей системы металлообрабатывающих станков с использованием экспертных знаний.

Экспертные знания содержат в своем составе правила, направленные на поддержание компоновкой точности, стабильности точности и минимальных габаритов станка.

Компоновка несущей системы влияет на многие технико-экономические показатели станка. К ним следует отнести точность, стабильность точности в рабочем пространстве, габариты, вес, возможность совместной работы с контрольно-измерительными машинами, удобство встраивания в автоматические линии, эффективная и безопасная эксплуатация , ремонтопригодность, стоимость. Удачный выбор компоновки предопределяет многие характеристики станка.

Автоматизированный синтез позволяет рассмотреть все множество возможных компоновок. Выбрать из них компоновку, отвечающую ряду критериев, методом проб и ошибок в виду большого их количества не представляется возможным. Необходимо еще на этапе синтеза производить отбор компоновок несущей системы с наперед заданными перспективными свойствами. Для исключения волюнтаристского подхода в таком сложном вопросе необходимо опираться на базу экспертных знаний.

Цель работы. Повышение качества компоновок несущей системы металлообрабатывающих станков.

В процессе достижения поставленной цели были решены задачи: разработана методика синтеза компноновок с использованием экспертных знаний; сформулированы правила отбора компоновок и предложена методика их формализованного описания; создана база экспертных знаний для совместной работы ее с аппаратом структурного синтеза компоновок несущей системы станков.

Общая методика исследования. В работе используются основные положения теории компоновок металлорежущих станков, разработанной Ю.Д.Враговым, теория графов, алгебра логики, комбинаторика, методы экспертных оценок и экспертные знания.

- г -

Научная новизна работы заключается в:

- формализации правил для целевого отбора компоновок при структурном синтезе компоновок несущей системы, поддерживающих основные критерии качества станка;

- разработке системы кодирования правил и базы знаний для структурного синтеза и анализа компоновок станков.

Практическая ценность. Проведенная в диссертационной работе формализация экспертных знаний позволила разработать методику и автоматизированную систему структурного синтеза компоновок, поддерживаемая базой знаний с целевыми правилами, позволяющая повысить качество и снизить сроки проектирования гтанка.

Реализация работы. Разработанное программное обеспечение используется в учебном процессе Мосстанкина и УГАТУ.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы полностью доложены и одобрены на заседании кафедры "Станки" Московского государственного технологического университета, отдельные результаты исследований докладывались и были одобрены на научно-технических конференциях: "Электрофизические, электрохимические и лазерные методы обработки" в 1989 году б Ижевске, "Электрофизические и электрохимические методы обработки, технология и оборудование" в 1989 году в Москве; " Технология механообработки: физика процесса и оптимальное управление" в 1994 году в Уфе.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.

Объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав и основных выводов, изложенных на 161 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 77 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ состояния вопроса и сфор-

- 3 -

мированы задачи исследования.

Роль компоновки в предопределении качества будущего станка очень существенна. Она влияет на такие показатели качества как точность, стабильность точности, вес. габариты, стоимость, удобство обслуживания и ремонта, удобство встраивания в автоматические линии и др. На необходимость учета влияния компоновочного фактора указывалось в работах Аверьянова О.И., Воронова А. Л.,Врагова Ю.Д., Каминской В.В.,Левиной 3.М., Маталина А. А., Портмана В.Т. и Решетова Д.Н., Хомякова B.C. и Давыдова И.И., Сино X. и Ито И.. Шпура Г. и др.

Ю.Д. Врагов впервые выделил компоновку станка как самостоятельный объект исследования. Разработанные им основы компо-нетики станка послужили основой для последующих работ в данной области, которые в своем развитии прошли путь от анализа компоновок к синтезу.

Для реализации ряда требований, предъявляемых к компоновке станка бывает достаточно рассмотрения компоновки его несущей системы. Именно она влияет на такие важнейшие показатели качества как точность, стабильность точности, и от нее во многом зависят габариты.

В большинстве работ вопросу рационального использования корпусных элементов компоновки не уделено должного внимания. Проведенная японскими учеными Х.Сино и И.Ито систематизация КЗ, а также подход Давыдова И.И. к данному вопросу не позволяет использовать их результаты для выбора компоновки при автоматизированном синтезе. Не определена зависимость между положением и параметрами КЗ в структуре компоновки и критериями точности, стабильности точности и габаритами станка. Это относится как к синтезу из унифицированных блоков-модулей, так и синтезу компоновок станков, не имеющих материальной базы.

Переход к этапу структурного синтеза компоновки НС различных типов станков остро поставил вопрос независимого объективного учета и нейтрализации силового воздействия. На множественность данного фактора указывали в работах Ю.Д.Врагов и В.Н.Евстигнеев.

Давыдов И.И. предлагал на этапе анализа компоновок искусственно синтезировать силовое соотношение, заменяющее усилие резания и наиболее полно раскрывающее свойства компоновки многооперационного станка при различных видах обработки. Но

единственность соотношения предлагаемого силового фактора резко сужала область его использования и не позволяла перенести его на всю гамму станков и на перспективные разработки. Этап синтеза предъявляет специфические требования к систематизации силового фактора. В данном случае в силовом воздействии необходимо выделить такие признаки, которые позволили бы использовать общие условия работы со станками всех типов и влиять на качество станка уже на этапе синтеза.

При автоматизированном синтезе компоновок станков, не имеющих материальной базы, выбор рациональной компоновки затруднен большим их количеством. Вместе с тем задачу нельзя решить напрямую методом "проб и ошибок". Перед этим необходимо выделить ограниченную группу перспективных компоновок. Это достигается введением ограничений в блок синтеза.

Предложенная раннее Враговым Ю.Д. система предварительного формирования множества компоновок методом выбора по обобщенным структурным формулам нашла свое отражение в работах Аверьянова О.И. и Гельштейна Я.М. при пространственном синтезе компоновок из готовых блоков-модулей. Введение ограничений на распределение координатных перемещений и положения основания в структуре компоновки позволило уменьшить число компоновок, но окончательный выбор компоновок все равно производился после вычисления критериев геометрической точности и податливости. Хотя Враговым Ю.Д. уже был сформулирован ряд условий отбора, способствующих выделению перспективных компоновок.

В работах Давыдова И.И. и Лехмуса М.Ю. указывалось на возможность использования при синтезе компоновок экспертных систем и экспертных знаний. Это позволило бы еще на этапе синтеза производить направленный отбор компоновок с различными потенциально высокими показателями качества. Разработанная Каминской В.В., Панышевым H.H., Гринглазом A.B., Колупаевым A.A. экспертная система для выбора компоновок нуждается в своем смысловом наполнении, определению для каждой новой компоновки своего потенциала качества по выбранному критерию, что все равно приведет к привлечению для этого экспертных знаний по углубленному изучению выбранного критерия в тесной связи с компоновкой. Ввиду сложности создания экспертной системы из-за большего количества компоновок при синтезе целесообразно на начальном- этапе разработать экспертные знания в виде правил по

поддержанию множеством компоновкой различных показателей качества.

Для управления синтезом правила должны иметь четкую цель, при своем изложении должны иметь единую структуру и оперировать только вариационными признаками компоновки и ее компонентов. Должен быть также разработан механизм принятия решений для противоречивых правил, для комплексных правил, представленных одним условием отбора, но поддерживающие несколько целей, для конкурирующих правил, имеющих одну смысловую суть, но отличающихся глубиной ее реализации и адаптировать их для совместной работы с блоком синтеза. Это позволит решить задачу использования экспертных знаний при синтезе компоновок.

В специальной литературе можно встретить большое разнообразие рекомендаций конструктору, пожеланий, утверждений по проектированию станка. В основном они направлены на повышение качества отдельных узлов, базовых деталей, лишь немногие направлены на поддержание компоновкой основных критериев качества станка. А правила по использованию КЭ в компоновке и правила, направленные на минимизацию габаритов компоновки, предстоит еще сформулировать. Наиболее четкие правила для критериев точности и стабильности точности, удобные для использования в автоматизированном синтезе при минимальной адаптации разработаны Хомяковым B.C. и Давыдовым И.И.

Исходя из вышеизложенного были сформулированы следующие задачи работы:

1. Сформулировать правила для базы знаний по выбору компоновки НС, обеспечивающие реализацию станком повышенных показателей качества по критериям точности, стабильности точности и минимальных габаритов.

2. Разработать систему кодирования правил для структурного синтеза компоновки несущей системы станка.

3. На основе правил отбора разработать базу знаний.

4. Разработать систему принятия решений для эффективной совместной работы аппарата синтеза и базы знаний.

5. Разработать ПМО целенаправленного структурного синтеза компоновок НС.

6. Произвести синтез эффективной структуры компоновки НС по совокупности критериев с использованием базы знаний для проверки работоспособности предложенной методики (на примере

многоцелевого станка).

Во второй главе исследованы внешний и внутренний силовой факторы, а также влияние корпусных элементов компоновки на точность, стабильность точности, габариты станка и на этой основе разработаны новые и модифицированы старые правила отбора компоновок по указанным критериям.

При эксплуатации несущая система станка испытывает на себе внутреннее и внешнее силовое воздействие. Внутреннее силовое воздействие связано с перемещением весов подвижных блоков. Внешнее силовое воздействие возникает от усилий резания.Многообразие силового воздействия, его зависимость от многих факторов, некоторые из которых переменны во времени, затрудняют использование их в реальном виде для оценки компоновок станков. Уровень абстрагирования залаженный в компоновке НС станка и уровень абстрагирования силового фактора должны соответствовать друг другу. Это позволит использовать их при составлении правил отбора для базы знаний и без затруднений кодировать ограничения для аппарата синтеза. Это определило особенности систематизации силового фактора, подход к ее проведению и границы использования результатов. При систематизации внешнего силового фактора исходили из следующих посылок: деформации элементов компоновки присущи всем ее типам и видам. Деформации элементов определяются силовым воздействием. Каждая составляющая силового фактора вносит свою долю в общий баланс деформации. Общая деформация НС станка рассматриваемой компоновки есть приведенная сумма деформаций его элементов от всех внешних силовых факторов.

На основании всего выше сказанного предлагается следующая классификация внешнего силового фактора. Отказавшись от использования реальных сил резания можно условно применять при синтезе следующие разновидности внешнего силового фактора: в виде одной, двух и трех составляющих.Для разработки правил, обеспечивающих необходимое качество станка необходимо определить еще и статус составляющих, т.е. определить оси, в направлении которых действуют наибольшая и наименьшая составляющие внешнего силового фактора.

Данный подход к систематизации силового фактора позволяет сформулировать правила отбора компоновок как на естественном

языке, а затем закодировать их в виде ограничений для блока синтеза.

Автоматизированное проектирование предъявляет специфические требования к систематизации корпусных элементов, которые позволили бы использовать единый аппарат синтеза и анализа компоновок. Эти требования наложили ограничения на более общую схему систематизации базовых деталей,предложенную Каминской В.В., Левиной З.М. и Решетовым Д.Н.

При расчетах мы используем только одну составляющую габаритного размера, которая определяет формирование силового фактора и передачу угловой погрешности положения к точке обработки, т.е. характеризует КЗ в структуре компоновки. В данном случае речь идет о габаритном размере в направлении перехода его к другому КЗ в структуре компоновки НС.

Основной идеей предлагаемой систематизации является их систематизация по одному для всех элементов габаритному размеру - размеру в направлении перехода к очередному конструкти?-ному блоку (КБ), (рис.1).

Остальные габаритные размеры КЗ определятся в зависимости от их служебного назначения и положения в структуре компоновки.

Было выделено четыре размерных групп корпусных элементов.

Переход элемента из группы в группу осуществляется по признаку кратности основного размера. Данный подход позволяет иметь достаточно широкую границу перехода, что особенно важно при учете различных структурных особенностей компоновки. Она позволяет варьировать размеры корпусных элементов, не переводя их в другие группы, а. следовательно.однозначно учитывать компоновочные факторы качества и при дальнейшей проработке конструкции станка.

Если за базовую величину основного размера принять высоту базовой детали стойка, а соответствующий ей элемент обозначить как элемент типа А, то соотношение размеров у КЭ различных групп к элементу типа А для станков одного типоразмера будут иметь следующие значения:

- для элементов группы А (стойка) - 1;

- для элементов группы В - 0.5;

- для элементов группы С - 0.25;

- для элементов группы D - 0.125.

Систематизация Корпусных элементов по гаВарттю--компоновочному признаку для автоматизированного синтеза комтновок несущей системы станка

у У

-допустимая зона Варьирования размера

г

I

Ш

7«

Л

Ид

. 0.5

.0,25 0.< 25" ; О

/8 ~7в Л

группа А группа В группа С группа О

Рис. 4

Принятие высоты стойки за базовую величину следует также из того факта, что элементы этой группы имеют наибольшую величину рассматриваемого параметра и положение их в пространстве однозначно, что позволяет определить направление перехода к очередному конструктивному блоку - основанию.

Каждая группа КЭ характеризуется своим габаритно-компоновочным коэффициентом (ГКК), равным отношению высоты КЭ рассматриваемой группы в направлении перехода к высоте элемента группы А. Обозначим эту количественную характеристику компоновки через Н*.

Произведенная систематизация позволяет при синтезе компоновки приближенно определить вылеты элемента компоновки по га-баритного-компоновочному коэффициенту группы КЭ, переходу и положению в структуре компоновки. Назовем эту величину "условным вылетом", так как она в какой-то мере отличается от истинного вылета и выражается в условных единицах. Она определяется из выражения:

к

vik = 2 pió * на* М

где Vik - условный вылет по i-ой оси к-го элемента;

Pij - переход по i-ой оси j-ro элемента: если совпадает с направлением оси, то равен - (1), не совпадает -(-1);

Н.1* - габаритно-компоновочный коэффициент КЭ j-ой группы.

Систематизация КЭ в габаритно-компоновочные группы позволяет построить ряд правил по использованию корпусных элементов при синтезе на естественном языке. Правила сформулированы на основании работ Хомякова B.C. и Давыдова И.И. таким образом, что фактор "вылет" был разложен на его компоновочные составляющие при сохранении смысловой сути. При изложении правил использовалась единая структура, содержащая: цель правила; множество отбора, представленное информационными признаками элементов компоновки; область структурной реализации сути правила, указывающее на воздействия в структуре ветви или компоновки. а также степень реализации сути, от которой зависит глубина влияния правила на компоновку. В результате были сформулированы правила по использованию КЭ для поддержания точности

станка через компоновку. Ниже, в качестве примера приведена группа правил реализующих единую смысловую суть - уменьшение максимального "вылета" у КБ или уменьшение числа таких КБ:

1..Для достижения большей точности КБ в структуре ветви располагать по мере возрастания ГКК группы их КЗ.

2. Для достижения большей точности КБ с наибольшим значением ГКК группы КЗ располагать только в конце структуры ветви.

3. Для достижения большей точности КБ с наименьшим значением ГКК группы КЭ располагать только в начале структуры ветви.

4. Для повышения точности КБ с наибольшим значением ГКК группы КЭ располагать в конце структуры компоновки.

5. Для достижения большей точности КБ с наименьшим значением ГКК группы КЭ располагать в начале структуры ветви.

6. Для достижения большей точности КБ с наибольшим значением ГКК группы КЭ не располагать в начале структуры ветви.

7. Для повышения точности КБ с наименьшим значением ГКК группы КЭ не располагать в конце структуры компоновки.

Кроме внешнего силового фактора на стабильность точности влияют также внутренний силовой фактор, представленный весами подвижных блоков. Необходимость рационального распределения веса подвижных элементов отмечалась в работах Врагова Ю.Д., Шпура Г.,Портмана В.Т..Врагова Ю.Д. и др. При чистовых операциях, когда силы резания незначительны, перемещение ПБ оказывает существенное влияние на стабильность точности.

Анализ предложенных групп КЭ и методики определения веса узлов станка по Врагову Ю.Д. позволяет заключить, что ранг веса корпусного элемента в первом приближении можно определить по ГКК их группы.

Это позволило модифицировать правило по поддержанию компоновкой стабильности точности станка, предложенное в работе Хомякрва В. С. и Давыдова И.И. с учетом характеризующего размера корпусного элемента.

1. Для повышения стабильности точности ПБ в структуре ветви располагать по мере возрастания ГКК группы их КЭ.

2. Для повышения стабильности точности ПБ. имеющий наибольший ГКК группы располагать только в конце структуры ветви.

3. Для повышения стабильности точности ПБ, имеющий наименьший ГКК группы располагать только в начале структуры вет-

- и -

ви.

4. Для повышения стабильности точности ПБ, имеющий наибольший ГКК группы располагать в конце структуры ветви.

5. Для повышения стабильности точности ПБ, имеющий наименьший ГКК группы располагать в начале структуры ветви.

6. Для повышения стабильности точности ПБ, имеющий наименьший ГКК группы не располагать в конце структуры ветви.

7. Для повышения стабильности точности ПБ. имеющий наибольший ГКК группы не располагать в начале структуры ветви.

Вопросу обеспечения минимальных габаритов всегда уделялось большое внимание. При проектировании станка данный критерий обычно является ограничивающим для критериев точности и стабильности точности при выборе компоновки методом "проб и ошибок". При выборе компоновок с использованием экспертных знаний появилась возможность не ставить данные показатели качества на альтернативные позиции.

Под габаритами компоновки НС следует понимать величины. . которые отсекает она в координатном пространстве по осям при максимальных крайних положениях ее ПБ.

При автоматизированном синтезе с использованием экспертных знаний валена не столько возможность определения истинных габаритных размеров, а определение параметров, влияющие на их формирование, и условий, способствующих их уменьшению.

На габаритный размер влияют следующие параметры:

1) величины перемещений по осям;

2) значение ГКК группы КЗ;

3) направление перехода к очередному КБ;

4) разновидность подвижного стыка и корпусного элемента:

5) число конструктивных блоков.

Если увеличение числа КБ в компоновке ведет к увеличению габаритного размера по оси, то влияние распределения КБ по ветвям на габариты неоднозначно. Возможны случаи, когда вертикальный размер компоновки уменьшается при перераспределении КБ по ветвям.

С учетом изложенных рассуждений ниже приводятся правила по уменьшению габаритов НС станка.

1. Из структуры компоновки следует исключить ПБ, осуществляющий максимальное перемещение вдоль оси. относительно которой необходимо получить минимальный габаритный размер.

- 12 -

2. Вдоль оси, относительно которой необходимо получить минимальный габаритный размер , из структуры компоновки следует исключить КБ с переходом по этой оси.

3. Из структуры компоновки следует исключить КБ, имеющий наибольший ГКК КЭ и переход по оси. относительно которой необходимо получить минимальный габаритный размер.

4. Вдоль оси, относительно которой необходимо получить минимальный габаритный размер, необходимо исключить ПБ, имеющий разновидность стыка 1*.

5. Для уменьшения высоты станка все исполнительные движения должны осуществляться в ветви, где имеется КЭ с наибольшим значение ГКК группы.

В третьей главе рассматривается механизм экспертной поддержки автоматизированного синтеза компоновок НС.

Управление синтезом с помощью вводимых ограничений обладает тем преимуществом, что в отличие от метода "проб и ошибок" может быть использовано на всех его этапах: в процессе отбора конструктивных блоков, при формировании ветвей компоновки. при синтезе структуры компоновки. Возможность присутствия управления синтезом на различных его этапах рассмотрения позволяет гибко формулировать требования к компоновке. Для воздействия на синтез все правила и условия отбора кодируется.

Был предложен код, который разрабатывался под аппарат синтеза пространственной компоновки, что определило глубину представления информации в нем.

Код представляет собой алфавитно- цифровую строку, содержащую 11 позиций,(рис.2). В позициях содержатся структурные коэффициенты, соответствующие различным значениям вариационных признаков.

1 2 3 4 5 6

условие -->

8 9 10 11

стыки

КЭ

конструктивный блок

ветвь компоновки

компоновка НС

Рис. 2

* Разновидность Б подвижного стыка по Врагову Ю.Д.

- 13 -

Ниже представлено назначение каждой позиции кода.

1. Статус ограничения: или оно независимое или относится к правилу базы знаний.

2. Наличие или отсутствие признака.

3. Область приложения требования - номер ветви компоновки ( за первую ветвь принимается ветвь инструмента).

4. Место в структуре ветви или компоновке. Положение позиций в ветви рассматривается от инструмента к основанию и от детали к основанию.

5. Направление перехода к очередному КБ.

6. Служебное назначение КБ.

7. Координатное перемещение (если оно соответствует назначению КБ), осуществляемое ПБ.

8. Характеристика стыка в зависимости от исполнения.

9. Направление поворот стыка вокруг оси перемещения.

10. Цифровое значение кода группы корпусных элементов.

11. Геометрическая разновидность корпусного элемента.

В коде ограничения могут использоваться переменные, представленные буквой русского алфавита. Это необходимо по той причине, что часто в правилах должны отражаться определенные отношения между позициями кода, независимо от начальных условий синтеза. После присвоения начальных значений данной переменной ограничение обретает окончательный вид.

Переменными отражают следующие характеристики:

А - максимальное координатное перемещение:

Б - координатное перемещение средней величины;

В - наименьшее координатное перемещение:

Г - направление действия максимальной составляющей внешнего силового фактора;

Д - среднюю составляющую внешнего силового фактора (если

она есть ):

Е - минимальную составляющую внешнего силового фактора (если она есть );

Ж - наиболее влияющее на точность обработки направление смещения инструмента относительно детали;

3 - не определяющее смещение инструмента относительно детали;

И - наименее влияющее на точность обработки направление смещения инструмента относительно детали;

- 14 -

К- направление оси ГСК, относительно которой необходимо получить минимальный габаритный размер.

Возможность использования буквенных переменных при формировании правила указывает на то , что в них отражены общие независимые от данной компоновки закономерности сочетания вариационных признаков и внешнего возмущающего воздействия - это указывает на объективность правил.

С учетом предложенных критериев и новой единой структуры изложения правил был создан свод правил, образующий базу знаний.

В него вошли как ранние правила, так и вновь разработанные новые. Часть правил вошла без изменений, изложение других было адаптировано под новую структуру; для некоторых правил была определена цель: ряд новых правила учитывают геометрические пространственные параметры элементов и структуру компоновки, представлены также новые правила, которые прошли апробацию с помощью вычислительного эксперимента и доказали свою пригодность для выборе компоновки.

Всего в базу знаний вошло 74 правил отбора, поддерживающих критерии точности, стабильности точности и габаритов станка.

В процессе работы были определены правила, поддерживающие разные критерии, но имеющие одинаковые условие отбора. Так как при включении одного из них в пакет запроса оказывается комплексное влияние на компоновку, поэтому они были названы комплексными. При работе они рассматриваются неразделимо в связке. Такие связки могут быть реальными и потенциальными. Потенциальные связки становятся реальными при определенном сочетании начальных условий, включающих направление наибольшего перемещения по оси, направление наибольшей составляющей внешнего силового фактора, направление наименьшего смещения инструмента относительно детали, направление наименьших габаритных размеров.

Каждое правило направлено на нейтрализацию отрицательных факторов, способствующих изменению критериев в худшую сторону. Факторы, которые влияют на рассматриваемые в данной работе критерии, можно представить следующим множеством:

{ Н.Н, Р. X, Б, I? }

где фактор N отражает желание уменьшить число элементов, вносящих погрешность, факторы Н и Р характеризуют в совокупности вылеты ЭК относительно точки обработки, X характеризует переменный вылет, обусловленный координатными перемещениями, G указывает на нейтрализацию отрицательного влияния веса ПБ (как отмечалось, вес ПБ зависит от ГКК группы КЭ), R указывает на нейтрализацию внешнего силового фактора.

Единая структура изложения правил позволила не только ой-ределить нейтрализуемые факторы, но и степени реализации сути правила при изложении, которые обозначена как Ек.

При формировании пакета ограничений могут возникнуть противоречия как между отдельными правилами, так и смысловыми группами, поддерживающие один критерий. Поэтому были определены веса .

Выражение, учитьюающее веса всех нейтрализуемых факторов и критериев, а также степёни реализации сути правила, является собственным весом экспертного правила и имеет вид:

KF1 =KRj*Elk*(Nj*Wli+Hj*V/2i+Pj*W3i+Xj*W4i+Gj*W5i+Rj*W61),

где KFi' - вес i-ro правила;

Elk - k-ая степень реализации сути i-ro правила;

KR.1- весовые коэффициенты j-ro критерия; Ho.HJ.P.j.Go.Xj.H.:- весовые коэффициенты нейтрализуемых

факторов j-ro критерия; Wli,W2i,W3i,W4i,V,'5i,W6i - коэффициент включения в рассмотрение нейтрализуемого фактора для i-ro правила ( V.'li.. .W6i=0 — фактор не рассматривается, Wli...W6i=l - фактор нейтрализуется)

В работе определены все весовые коэффициенты нейтрализуемых факторов и критериев.

Вес группы правил не есть простая сумма весов, входящих в нее правил, так как между некоторыми правилами в группе возможно смысловое поглощение. Если в пакете встречаются противоречивые правила, приоритет отдается правилу с большим весом. Для определения весовых коэффициентов правил привлекалась группа экспертов и использовался метод аналитических иерархических процессов.

В четвертой главе описаны возможности пакета прикладных программ "БТАНКОЮС. представляющего комплекс, включающий аппарат синтеза и анализа компоновок НС, а также базу экспертных знаний. Произведен показательный анализ и синтез широкоизвестных компоновок двух многоцелевых станков'. Использование их в данном вычислительном эксперименте обосновывалось тем, что их характеристики качества известны и они всесторонне изучены.

Достоинством ПМО является то, что базу знаний можно использовать как для целевого структурного синтеза, так и для анализа компоновок. Его возможности позволяют также легко решить проблему использования понятийно противоречивых начальных условий для синтеза, характерных при работе с многоцелевыми станками.

На первом шаге вычислительного эксперимента обе компоновки с учетом начальных условий тестировали на соответствие их множеству правил из базы знаний. Полученное в результате анализа число правил и их суммарный вес для каждой компоновки соответствовал рангу качества по принятой привилегированной оси смещения инструмента X. Компоновки анализировались по критерию точности, и стабильности точности и габаритного размера по оси 1. Совместно с определением потенциала компоновок был автоматически сформирован пакет запроса на их синтез с учетом многогранного отношения между правилами. В результате синтеза среди полученного множества компоновок были идентифицированы и первоначальные, что указывает .во-первых, на сходимость результатов как при анализе, так и при синтезе и говорит о правильности работы программного продукта в целом, а также, во-вторых, указывает на адекватность получаемого качества компоновки запросу на синтез. Все это указывает на правильность принятого подхода и методики синтеза с использованием экспертных знаний.

* - Компоновки станков и показатели их податливости были взяты из кн. Аверьянова О.И." Модульный принцип построения станков с ЧПУ.-М.:Машиностроение, 1987.-232 с.

- 17 -

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Повышение качества компоновок несущей системы и уменьшение сроков проектирования станков можно достигнуть перейдя от синтеза с последующим отбором традиционными методами по вычисляемым критериям качества к синтезу компоновок на основе экспертных знаний.

2. Проведенная систематизация корпусных элементов станка позволила связать их параметры и положение в структуре компоновки с показателями точности, стабильности точности и габаритами и разработать группу новых правил и модифицировать старые для отбора при синтезе компоновок станков.

3. В различных правилах и условиях отбора компоновки при изложении их сути влияние силового фактора после систематизации должно учитываться более полно. Особо следует обращать внимание на соотношение наибольшей и наименьшей составляющих внешнего силового фактора й структуру компоновки (ветви).

4. Единая структура изложения правил облегчила проведение анализа качества компоновок, позволила определить цели для нечетких правил и рекомендаций, сформулировать непротиворечивые правила и прогнозировать различные отношения между ними.

5. Система кодирования условий отбора, принятая в работе обеспечила воздействие на синтез на различных этапах и учесть начальные условия и силовой фактор.

6. Разработанная база знаний, включающая 74 целевых правила, облегчает выполнение обоснованного выбора компоновок при синтезе по критериям точности, стабильности точности и минимальным габаритам.

7. Система принятия решений обеспечивает работу с противоречивыми, комплексными и конкурирующими правилами и эффективно использует базу знаний при любом ее объеме.

8. Программное обеспечение для автоматизированного, структурного синтеза компоновок несущей системы станка с использованием базы знаний повышает эффективность и качество проектирования.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработка методики и автоматизации проектирования

компоновок элементов гибких автоматизированных станочных систем. Технический отчет/Уфимский авиационный институт:N ГР 01840037363,Уфа,1985.-95 с.(соавторы А.Л.Воронов, И.И.Давыдов).

2. Расчет смещений в компоновках многоцелевых станков. Всесоюзный фонд алгоритмов и программ СССР N ГР 50850000801. Алгоритмы и программы. Информационный бюллетень ВНТИ-Центр. 1987, N 3 (соавторы А.Л.Воронов,И.И.Давыдов).

3. Металлорежущий станок с устройством автоматической смены многошпиндельных инструментальных коробок.//а.с. 1425031 от 22.05.88 (соавтор Гельштейн Я.М.).

4. Разработка методики и автоматизация проектирования компоновок элементов гибких автоматизированных комплексов. Технический отчет/Уфимский авиационный института ГР 01860002783,Уфа. 1988.-120 с.(соавторы И.И.Давыдов. В.А.Огоро-дов).

5. Разработка программно-математического обеспечения оценки точности компоновок многоцелевых станков.Технический отчет/Уфимский авиационный институт^ ГР 01870093485, Уфа,1988.- 85 с. (соавторы И.И.Давыдов, В.А.Огородов).

6. Сравнительный анализ точности компоновок шлииешлифо-вальных станков.Технический отчет/СКТБ "Искра" при УАИ N ГР 01890046680.Уфа, 1988.-86 с.(соавторы В.М.Макаров.В.К.Ермолаев. И.И.Давыдов).

7. Повышение точности обработки путем оптимизации компоновочных параметров металлорежущих станков.-В кн.:Вопросы управляемости технологическими процессами лезвийной обработки в машиностроительном производстве.Тез.докл.научно-техн.конференции. Уфа, 1988, (соавтор И.И.Давыдов).

8. Анализ компоновки электроэрозионного станка.-В кн.:Электрофизические, электрохимические и лазерные методы обработки. Тез. докл.научно-техн.конференции.Ижевск,1989._с.28 (соавтор Е. И. Михеев).

9. Автоматизированное проектирование компоновок электрофизических и электрохимических станков.-В кн.:Электрофизические и электрохимические методы обработки технология и оборудование. Тез. докл.научно-техн.конференции.Москва.1989,с. (соавторы И.И.Давыдов, В.В.Скоков, Т.Ф.Плахута, Ю.Р.Шаяхметова).

10. Автоматизация расчета смещений при проектировании ком-

поновок станков. Механизация и автоматизация производства. 1990, N 10 (соавтор Давыдов И.И.)

11. Влияние положения корпусных элементов в структуре компоновки несущей системы на точность показаний станка.-В кн.Технология механообработки:физика процессов и оптимальное управление.Часть 1.Тез.докл.международной конференции,посвященной 75 летию со дня рождения А.Д.Макарова.Уфа.1994,с.81.

12. Использование экспертных знаний при синтезе компоновок несущей системы станка.-В кн.Технология механообработки: физика процессов и оптимальное управление. Часть 2.Тез.докл.международной конференции,посвященной 75 летию со дня рождения А.Д.Макарова.Уфа.1994,с.51.