автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка компьютерной базы знаний и методики ее использования по конструированию пресс-форм

РГ5

О ^

ОД

На правах рукописи

ШТИЦМАН Александр Давидович

УДК 638.512.011.56

РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ БАЗЫ ЗНАНИЙ И МЕТОДИКИ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ПРЕСС-ФОРМ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

(в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена на кафедре "Автоматизация технологических процессов" в Московском государственном технологическом университете "СТАНКИН"

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Рыбаков A.B.

Научный консультант:

кандидат технических наук Давыдкин A.C.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Кузьмин В.В. кандидат технических наук, доцент Вермель В.Д.

Ведущая организация - НИАТ, г.Москва.

Защита диссертации состоится "_"_ 199_г. в_часов на

заседании диссертационного совета К 063.42.04 Московского государственного технологического университета "СТАНКИН" по адресу: 101472, Москва-ГСП, Вадковский переулок, д.За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ "СТАНКИН". Автореферат разослан "_"_ 1997 г.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) просим направлять по адресу: 101472, Москва-ГСП, Вадковский переулок, д.За, Ученый совет МГТУ "СТАНКИН" К 063.42.04.

Ученый секретарь диссертационного совета К 063.42.04

ГОРШКОВ А.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ И ПРИКЛАДНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Народнохозяйственный комплекс Российской федерации остро нуждается в производстве средств технологического оснащения. Это определяется тем, что выпуск товаров с рыночным спросом во многом зависит от качества изготовления оснастки и ее стоимости, сроков. Эти показатели для существующих производств не а полной мере отвечают требованиям рыночной экономики.

Потребность в пластмассовых изделиях за последние годы нарастает. В промышлен-но-развитых странах доля использования пластмасс, в частности термопластмассов, составляет от 30 до 70 процентов (%). В РФ эта же доля относительно низка: до 40 - 45 %. На основании этих данных можно судить об недостаточности использования пластических масс в товарах массового потребления и отставании в развитии специализированных производств пресс-форм от промышленно-развитых стран (пресс-формы для литья под давлением с использованием термопластов в качестве рабочего материала для изготовления изделий).

Таким образом, в связи с освоением выпуска новых изделий (особенно товаров массового потребления) и задачами конверсии возрастает потребность в пресс-формах. Поэтому проблема совершенствования и автоматизации процесса их проектирования и изготовления становится все более актуальной.

Работы по автоматизированному проектированию пресс-форм ведутся как в нашей стране, так и за рубежом.

До сих пор еще универсальные системы автоматизированного проектирования (САПР) по пресс-формам не находят широкого применения, т.к. невозможна быстрая и качественная адаптация и доработка по требованиям покупателя (заказчика). Создание САПР требует значительных трудозатрат при разработке программного обеспечения, т.к. отсутствует единая методика и значителен объем ручной работы. Кроме того, многие существующие системы написаны на алгоритмических языках и при использовании требуют от пользователя знания этих языков и умения программировать.

Примечательно, что приоритетное место занимают системы, направленные на автоматизацию конструкторского труда в области чертежно-графических работ с применением специализированных пакетов типа AutoCAD, CHERRY, DIDATA и др., когда остаются неавто-

матизированными большинство технологических и проектировочных процессов расчета, анализа и выбора варианта решения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Сократить время на проектные работы по пресс-формам за счет использования компьютерной базы знаний (БЗ) для поддержки действий конструктора при расчетах и проектировании структуры и унифицированных элементов чертежно-конструкторской документации и ее оформлении.

Для достижения указанной цели необходимы:

- исследование типов конструкций пресс-форм как объекта автоматизации;

- исследование вопросов представления знаний по пресс-формам в компьютерной форме;

- формирование знаний по процессу проектирования пресс-форм в компьютерной форме;

- разработка методики использования системы электронных БЗ по пресс-формам.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В работе использованы методы системного анализа, искусственного интеллекта, концептуального и объектно-ориентированного программирования, технологии конструирования пресс-форм.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ заключается в следующем:

{.формирование понятийной модели (ПМ) объекта проектирования в электронном виде (реализация на персональном компьютере).

2.Установление и формализованное описание взаимосвязей в терминах ПМ между отдельными элементами объекта проектирования и его сборки для расчетов и конструкторской документации (КД).

3. Установление двунаправленных ассоциативных связей частей объекта проектирования в расчетных и графических приложениях.

4.Оформление ПМ объекта проектирования в компьютерной базе знаний.

КОНЕЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Методика представления и организации переноса и сохранения конструкторских знаний в компьютерной форме по проектированию пресс-форм.

2. Компьютерная база знаний (КБЗ) по типовым конструкциям пресс-форм в объеме книги "Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс" авторов Пантелеева А.П., Шевцова Ю.М., Горячева Г.И. (М., "Машиностроение", 1986).

3.Методика процесса проектирования пресс-форм с применением типовых решений.

4. Базовый прототип системы функционального, информационного, графического обеспечения проектирования пресс-форм в режиме моделирования.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Созданная КБЗ пресс-форм позволяет реализовать их проектирование на базе типовых моделей пресс-форм и предназначена для конструкторов по технологической оснастке. Эта система также позволяет наращивать КБЗ новыми элементами объекта проектирования.

Система реализована в двух версиях. Первая версия КБЗ - самостоятельный программный продукт, вторая - в рамках интегрированной среды ИнИС.

Результаты данной работы внедрены в АО "ЗВИ" и АО "Манометр". Реализация разработок в АО "ЗВИ" была проведена в рамках Государственной научно-технической программы (ГНТП) "Технологии, машины и производство будущего", направление -"Компьютерно-интегрированные производства (КИП)", проект - "КИП ЭД и товаров народного потребления (КИП ЗВИ)".

АПРОБАЦИЯ. Основные положения, выводы и диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседании кафедры "Автоматизация технологических процессов" МГТУ "СТАНКИН" (1997г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 3 работы, список которых приводится в заключительной части автореферата.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Работа изложена на страницах, состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит ■ рисунков и таблиц. Список используемой литературы включает наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулированы основные цели диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ проблем и задач разработки автоматизированных систем по проектированию инструментальной оснастки в области прессования из термопластов с применением персональной вычислительной техники (ПЭВМ).

В процессе проектирования пресс-формы условно можно выделить следующие направления:

- составление технического задания на разработку изделия (1);

- проведение инженерных расчетов (2);

- разработка изделия в виде чертежей и создание спецификаций, т.е. получение конструкторской документации (3);

- оформление расчетно-пояснительной записки (4).

На основе анализа опубликованных работ по вопросам и задачам САПР на базе ПЭВМ при проектировании пресс-форм выяснено, что имеющиеся в настоящее время разработки реализуют частично процесс проектирования - из всех составных частей наиболее полно реализованы такие направления, как получение конструкторской документации, слабее представлены разработки по (1) и (4), и практически нет законченных реализаций по (2).

Существуют три подхода к решению автоматизации процесса проектирования пресс-

форм:

первый путь - расширение нормативно-справочной информации за счет типизации и унификации пресс-форм;

второй путь - разработка программного обеспечения по требованиям потребителей;

третий путь - использование универсальных графических редакторов и разработка библиотек по пресс-формам для них.

Каждый из вышеперечисленных путей имеет соответствующие формализмы представления и обработки знаний и методы их реализации.

Соответственно можно выделить следующие методы реализации процесса проектирования пресс-форм:

1. использование существующих единичных пресс-форм;

2. использование унифицированных (типовых) элементов пресс-форм;

3. синтез единичного и унифицированного (типового) началов при конструировании.

Анализ достоинств и недостатков существующих подходов к автоматизации процесса проектирования пресс-форм (разработка и эксплуатация систем автоматизированного проектирования), а также формализмы представления и обработки знаний с точки зрения принципа объектно-ориентированного подхода позволил определить круг решаемых задач и выявить наиболее перспективные направления для разработки методов представления и обработки знаний по пресс-формам в области автоматизации процесса проектирования.

Конкретными задачами работы являются:

- создание формализованной модели представления знаний о пресс-форме как изучаемом объекте на базе когнитивно-процессной модели проектирования;

- исследование структуры пресс-формы и процесса ее проектирования для представления и обработки знаний, и разработка системы проектирования пресс-форм, т.е. системы управления знаниями для многократного использования в процессе проектирования;

- разработка метода формирования знаний по пресс-формам на базе когнитивно-процессной модели проектирования;

- реализация предложенных моделей и методов в прикладной системе и наполнение ее конкретным материалом.

Во второй главе изложены теоретические предпосылки представления знаний в компьютерной форме по проектированию пресс-форм и проведена разработка формализованной модели представления знаний о пресс-форме на базе когнитивно-процессной модели проектирования.

На практике для представления знаний об изучаемом объекте широко используются следующие методы - семантические сети, фреймы, метод резолюций, эвристические методы и т.д. Их достоинства и недостатки широко перечислены в литературных источниках.

Все вышеперечисленные методы используют так называемые базы знаний (БЗ), где накапливается, хранится и используется информация по определяемым пользователем критериям. В качестве критерия выступает правило, определяющее условия поиска знания и тип информации, заложенной в БЗ (символьный, табличный, графический и др.).

Традиционно БЗ используются в экспертных системах (ЭС) наряду с базами правил, где решаются трудно формализируемые задачи. Как правило, знания в БЗ ЭС представлены в виде символьных решениях, т.е. предложений или слов.

Базы знаний могут быть выделены - по форме:

- реляционная модель представления данных (табличная);

- совместные модели представления правил и параметров;

и по характеру взаимодействия с информацией:

- пассивные БЗ (формирование результатов на основании жестких правил [условий поиска, диалога типа "вопрос-ответ", и т.д.]);

- активные БЗ (формировании результатов на основании предыдущих и выборочности правил).

В области конструирования и изготовления оснастки накоплен большой фонд нормативно-справочной информации (НСИ). Эта информация представлена в следующих видах: таблицы, типовые графические схемы (изображения элементов, узлов и сборок оснастки), правила по принятию решений, инженерные расчеты (которые могут быть элементарными -т.е. одна или две формулы, или сложными, определенными на конкретную инженерную задачу). Чтобы заложить столь многообразную информацию в БЗ, необходимо использовать иную по сравнению с традиционными ЭС структуру представления БЗ.

В то же время проектирование пресс-формы отличается сложностью и трудоемкостью, особенно в области рабочей зоны и поэтому этот процесс разделяют на последовательные стадии. На начальных стадиях разрабатывают рабочую зону, затем принимают укрупненные решения, т.е. формируют структуру пресс-формы, на последующих стадиях ее уточняют и корректируют на основе детальных расчетов.

Из нескольких возможных вариантов структуры пресс-формы выбирают наиболее производительный и рентабельный вариант. Выявление производительности и рентабельности проектируемой оснастки ведут по всем деталям и узлам, из которых состоит пресс-форма.

В математическом плане выбор оптимальной пресс-формы на ПЭВМ зачастую затруднителен, т.к. требует больших вычислительных ресурсов. Однако на практике человек при определенном опыте может решить их успешно. Начальный этап проектирования человеком в большинстве случаев заключается в применении определенных операций формализации, которые служат для определения свойств полуфабриката и материала, а также и определения отношений между ними.

Поэтому при создании системы автоматизированного проектирования была применена методика, представленная в большинстве литературных источников (НСИ), которая позво-

пяет рассматривать проектирование пресс-форм как последовательность действий и правил. Эта методика базируется на когнитивно-процессной модели проектирования, где пресс-форма будет рассматриваться как понятийная модель или объект проектирования (в дальнейшем будем считать просто объект). Свойства модели могут быть представлены и в символьном и графическом виде и рассчитаны при помощи блоков принятия решений, в которых описаны отдельные правила, заложены различные расчетные зависимости, базы оборудования, режущего и измерительного инструмента.

Этот подход к представлению знаний по сравнению с "бумажной" технологией базируется не на каком-то новом виде информации, а на максимальном использовании накопленной НСИ для машиностроения в виде текстов, таблиц, параметризованных графических образов и т.д., представленных в машиночитаемой и обрабатываемой форме.

Объект

Свойства Математическое представление Графическое представление

•Параметр^ 1- ■ Значений 1- —..........-■ Параметр 1 ¿скиз в/чертежа

Заданное Список Таблица _1

;ьр'>чог,. г. -г - - Значение 2"'-—V

Сиииих * Таблица г БПГ 3

иэраи^гр ГЛ' -'-- -- Значение —| .

•'■•■у;' БПР

-.Значение 4 " . -""—Параметр" О '

., ,31а рем с^р.',!^. '-'Зиячеиие К _ -Параметр М-'.аскотз/чертежа

'•''Словарь. . Модель расчета

Рис. 1 Двунаправленная связь параметров Рассматривая структуру представления объекта на рисунке 1, отметим следующее:

- каждое свойство объекта может быть представлено как параметр, имеющий значение: Р | Свойство ;

- каждый параметр имеет свой тип представления значения и связанный с ним вид представления: Р | < Тип, Л/>

- дуализм параметров: символьный (математический) и графический виды значения: Например, параметр:

(- длина плиты < числовой тип, 6 позиций, из них под дробь 2 позиции> может быть представлен в символьном (математическом) виде:

I = 200,00 (мм)

так и графически это будет ребро плиты длины 200 мм;

- источником значений параметра может служить любое представление информации (эмпирическое, табличное, расчетное и т.д.);

- параметр может быть зависеть от взаимодействия параметров, выраженных через зависимости, т.е. через функции: Р = Рипс//'ол (Р1,...,Рп);

- функция может интерпретироваться как правило;

- источником функции могут стать формулы, таблицы, списки, логика и т.д.;

- объект представляет собой совокупность свойств, выраженных через параметры и зависимости, отражающие характер их взаимодействия.

Исходя из этих особенностей понимания модели для процесса проектирования, получим новую структуру БЗ (рис.1):

1) словарь или список параметров - форма представления понятийной модели;

2) таблицы, списки - форма организации значений НСИ;

3) эскизы и чертежи - графическая форма организации зависимостей;

4) блоки принятия решения (БПР) - правила и условия их применения;

5) графическая модель - чертежи;

6) модели расчета (МР) - взаимосвязь таблиц, БПР, словарей и эскизов;

7) модели проектирования - взаимосвязь моделей расчета и графики;

8) банк конструкторской документации (БКД) - форма организации группы чертежей. Используя в основе САПР по пресс-формам новую структуру БЗ, получим инструмент

для проектирования, для которого в отличие от традиционных САПР конструктор становится активным членом в «тандеме» человек-ЭВМ.

Особенности по сравнению с традиционными методами создания САПР:

- вся информация по объекту (входная, расчетная, выходная) не «зашивается» в программы, доступна пользователю для редактирования и модифицирования;

- в силу объектной природы информация по объекту может быть использована многократно (рис.2);

- при применении составного объекта (пример - пресс-форма) данные одного объекта становятся доступными для расчета других объектов (рис.2);

Объект

Словарь _Модель расчета КВД

р1ааарь 1; ~ . М<5д<-п1 расчет 1 эскиз и ;. Эскиз 1М ' . Чергск 1

Объект 1 Модель л} ■оектирован ия 1

Славэр ь г Моле ли-расчета 2 ' 'Чертеж:? "

Объект 2 Модель пг »оектирован ия г

Словарь ■ " Модель .'расчета Г

Объект 3

Спет ар ь 4-'" " М'ЛЦ^ль 4 '■ ■ Эскиз.. 41 Эскиз. 4М Чертеж Э |

Объект* 4 Модель щ оектирован ия 3

Словарь Я Г ::';; ".;'-.;!: Модепъ расчето N . Э-.-киа .МХ '... Эйгчэ -Чертеж.''Р. Г

Объект N Модель П1 оектирован ия Р

Рис.2 Структура составного объекта

- «сердцем» САПР нового типа являются модели расчета параметров объектов, они обеспечивают взаимосвязь между входным, расчетным и выходным информационными потоками; модели расчета могут реализованы в той форме, которой удобна пользователю для создания, последующего редактирования и модифицирования;

- расчетный модуль в модели расчета (т.е. БПР) реализуется в текстовой форме и может разделен на множество БПР, может многократно корректироваться и генерироваться в исполняемые модули;

- применение существующих форм БЗ в качестве источников информации;

- интегрирование программных модулей автономных САПР в качестве расчетных блоков (РБ) (рис.2);

- конструкторская документация по желанию пользователя может корректироваться в режиме диалога.

В третьей главе излагается практическое применение БЗ новой структуры в САПР пресс-форм.

При создании информационных систем проектирования или САПР основным моментом является решение таких вопросов, как выбор конструкторских знаний и вид их представления. Для начала необходимо иметь:

а) полное описание объекта проектирования (т.е. пресс-формы) и

б) знания о процессе проектирования пресс-формы.

Описание пресс-формы как объекта проектирования содержит следующие характеристики: назначение, принцип действия, рабочую схему, функциональную и иерархическую структуру, компоновку, описание всех элементов в форме деталировочных чертежей.

Описание процесса проектирования рассматриваемого объекта состоит из ниже перечисляемых шагов:

- алгоритм проектирования;

- описание методики решения конкретных задач;

- правила работы с БЗ;

- условия получения эффективных проектных решений.

В результате решений этих главных вопросов будет получен полный состав БЗ проект-но-конструкторских реализаций пресс-формы. Для формирования БЗ информационных систем проектирования данная информация должна быть формализована.

Анализ научно-технической литературы и нормативно-справочных источников указывает на формализацию процесса проектирования объекта на базе методологии системного подхода. Его применение позволяет рационально решать задачу проектирования по частям и получать оптимальное решение.

Системный подход есть метод комплексного изучения составных объектов и процессов с точки зрения их устройства, взаимосвязей их частей, функционирование элементов, узлов и объекта в целом.

Изучая источники по пресс-формам для литья под давлением, получим обобщенный вид пресс-формы (рис.3). Состав обобщенной пресс-формы:

П - пуансон или составной пуансон;

М - матрица или составная матрица;

БП - блок пуансона;

БМ - блок матрицы;

ФС - формообразующая система;

ОС - система обоймы;

ВС - выталкивающая система;

НЭ - направляющие элементы.

Рис.3 Взаимосвязь составных частей объекта проектирования

Рабочая зона с литниковой системой и прочими атрибутами на рис.3 условно не показана.

С точки зрения детализации пресс-форма состоит из деталей, узлов и систем, жестко взаимодействующих совместно. Эти составные части могут быть

а) оригинальными,

б) типовыми,

в) унифицированными и

г) стандартными.

Процесс их проектирования, исходя из типа элемента пресс-формы, может быть различным. Так, например, стандартные практически не проектируются, оригинальные - от начала и до конца цикл конструкторской разработки.

На рис.3 показаны некоторые типы взаимосвязи между отдельными частями объекта проектирования, которые являются его свойствами.

Анализируя процесс проектирования пресс-формы, выделим этапы работы конструктора:

1 этап - расчет размеров полуфабриката и выбор технологических условий;

2 этап - разработка рабочей зоны пресс-формы;

3 этап - выбор оборудования;

4 этап - подбор формообразующей и выталкивающей систем, вида пакета пресс-формы;

5 этап - разработка формообразующей системы;

6 этап - формирование пакета;

7 этап - формирование системы выталкивания;

8 этап - проектирование системы крепления и плит;

9 этап - дополнительные системы.

Окончательная иерархическая структура строения пресс-формы представлена на рис.4, где показаны все функциональные элементы.

ТО

БИ

БПФ

м БМ П БП БПМ

ЭБМ

ЭКМ-

НСМ

КЗ |-

ЙП-

БЗ Пр [-

ТсТ

ЭБП

экп

нсп -

оп зк

1Б]-| эн

нз

пкп

пкн

ВВС

БЛС

лв -

лк -1

ц/1

пл

вл

РЛ

Шш

ко

цн

ОБ зк

ЗБ

КЗ

нз

пв

ПБВС-

пс -нза-КЗЙ-

Рис.4 Иерархическая структура строения технологической оснастки для литья под давлением

Исходя из основных положений системного анализа, последовательность решения многовариантных проектных задач состоит из ряда этапов. Каждый элемент пресс-формы представляет собой отдельный объект проектирования, и в то же время является параметром более сложного объекта, входящего в структуру пресс-формы.

Объектно-ориентированный подход на примере матрицы (рис.5) реализуется в следующих компонентах объекта проектирования:

1. описание параметров объекта - система словарей и справочников, например,

LJnafr Длина обоймы матрицы Вта(г Ширина обоймы матрицы

Моделирование

Рис.5 Объект проектирования «матрица»

2. отношения параметров объекта - функции:

а) аналитические зависимости, например, параметры Ьпа/г и ВтаК зависят от размеров рабочей зоны, рассчитанных заранее;

б) реляционные (табличные) зависимости, например, параметры Ы и О выбираются из табличных значений в зависимости от параметров Упа^г и Вта/г;

в) модули расчета, состоящие из одного или более одного завершенного БПР, например, БПР расчета значений параметров /та/г, bmatr и БПР расчета значений параметров //та/г, ЫтаЬ;

г) диалог между пользователем и системой, например, можно вводить значение параметра с / перед расчетом или корректировать значение параметра //та/г поспе расчета;

д) чертежно-конструкторские зависимости - некоторые параметры зависят от расчетных параметров, но не участвуют в модулях расчета, например, параметр с// зависит конструктивно от расчетного диаметра литниковой втулки;

3. база знаний (БЗ), по типу информации может быть

- текстовой (словари, справочники, таблицы, БПР и т.д.),

- графической (эскизы, чертежи и т.д.),

- сценарий (модули, реализующие модели расчета в задаваемой пользователем по-:ледовательности).

В четвертой главе изложена методика формирования баз знаний по пресс-формам.

Процесс формирования баз знаний по пресс-формам строится по модульному прин-Аипу. Пресс-форму можно представить в виде взаимосвязанных трех модулей: рабочая зона,

система формообразования и пакет/блок ПФ. Каждый из вышеназванных частей в свою очередь есть совокупность систем или узлов, а те распадаются на детали. Их также представляют в виде модулей (см. рис. 3). Используя такой принцип, получим иерархическую структуру БЗ пресс-формы, аналогичную структуре на рис.4.

Каждый модуль будем рассматривать как объект проектирования. Тогда его БЗ формируется следующим образом:

- графическое представление (эскиз, чертеж);

- символьное представление (параметры, словарь);

- выявление зависимостей и их формализация в виде задач с входными и выходными параметрами (математический аппарат);

- применение для задач соответствующей НСИ в любой форме.

Говоря о формировании БЗ объекта проектирования, имеется в виду разработка его модели. Рассмотрим кратко этапы разработки модели на примере оригинальной детали «матрица» (рис.5):

1. разработка эскиза и чертежа матрицы, выявление параметров построения;

2. представление графических параметров в виде символьных и математическое описание детали в виде словаря;

3. разделение параметров на входные и выходные;

4. определение типа задания значений входных параметров, например, это расчетное (в результате расчета другого объекта), или из списка/таблицы (параметр «форма матрицы» - (прямоугольная, круглая}), или заданное (параметр с1);

5. создание списков/таблиц для соответствующих входных параметров;

6. постановка задач по расчету выходных параметров;

7. реализация сформулированных задач в виде БПР;

8. формирование источников информации для БПР на базе НСИ в виде списков/таблиц или готовых баз данных;

9. формализация последовательности расчета параметров матрицы, т.е. составляется сценарий расчета данной детали, в котором обеспечивается вход и выход как общий, так и между БПР на базе единого словаря;

10. обеспечение связи между символьными и графическими параметрами;

11. объединение сценария расчета и графики.

Примерно такая же последовательность формирования БЗ у стандартных, унифицированных и типовых деталей ПФ. Основное отличие между ними только в содержании БПР -если у типовых деталей расчеты и справочная информация на базе НСИ, то у остальных -полностью НСИ,

Чтобы активизировать БЗ по матрице, т.е. запустить сценарий расчета и получение графических результатов, необходимо обеспечить задание входных параметров, расчет и передачу значений параметров в графику. Такой аппарат называется вычислительной моделью (ВМ).

Любой объект проектирования будет иметь всегда как минимум одну вычислительную модель. Состав ВМ и ее механизм представлены на рис.6.

Параметры на входе

_ —О__

1ГГ

"Й1

Считывание начальных параметров или результатов предыдущей ВМ или задание исходных данных

2 Расчет модели Состав: Типы:

— расчет 1 — БПР 1 уровня

— расчет 2 ~~ таблицы

----------------------— БПР 2 уровня

— расчет п — эскизы

Е

3 Результаты расчета

— данные

— эскизы

— чертежи

ЧГ

Данные и эскизы _ Эскизы и чертежи

для этапа 1 следующей для этапа 3 следужицей ВМ " ВМ

ВМ - вычислительная модель БПР - блоки принятия решения

Рис.6 Состав вычислительной модели в САПР пресс-форм Важной особенностью вычислительной модели является наличие обратной связи между эасчетом модели и графической частью ВМ. Это одно из отличий от традиционных САПР -эперативное вмешательство графики в расчетную часть объекта. Обратная связь позволяет многократно корректировать значения входных и выходных параметров внутри расчетной части ВМ, используя в ходе решения проектной задачи эскизы и добиваться нужных пользовате-1ю результатов для чертежа.

Системы и узлы являются составными объектами проектирования, следовательно, бу-;ут иметь более сложные БЗ, и соответственно, ВМ. Формирование БЗ сложных объектов

выполняется путем вложенности БЗ детального уровня и на базе сборочных чертежей. Вычислительная модель работает следующим образом: если в ходе расчета требуется рассчитать ВМ составляющей, то передаются входные параметры ей, ВМ рассчитывается, ее результаты затем используются для продолжения.

Процесс формирования БЗ ПФ как составного объекта по этапам практически ничем не отличается от БЗ простых объектов, за исключением нескольких моментов:

- в качестве графического представления ПФ используются сборочные чертежи и обобщенные эскизы;

- в этом случае большинство параметров словаря ПФ дублируются;

- в БЗ ПФ используются только задачи и НСИ сборочного характера и самой пресс-формы;

- вычислительная модель пресс-формы есть строгая последовательность выполнения расчетов сборочного назначения и ВМ модулей ПФ.

ВМ составного объекта проектирования имеет важное свойство - обратная связь между сборочными расчетами и ВМ модулей ПФ, а также между ВМ от простых до сложных. Это позволяет пользователю-конструктору в случае корректировки результатов одной ВМ повторить последующие этапы проектирования ПФ.

Формирование БЗ пресс-формы в общем случае идет в взаимно-пересекающихся направлениях - от сборки и деталям и обратно. Этим достигается более насыщенное, полное описание процесса проектирования в БЗ.

В пятой главе предложена методика использования информационной системы проектирования (по-иному САПР) пресс-форм на основе объектно-ориентированных БЗ.

При создании методики использования системы проектирования ПФ необходимо было учесть два основных момента:

- каким образом конструктору многократно использовать выполненную однажды разработку пресс-формы и

- с чего начать разработку пресс-формы и как использовать сформированные БЗ пресс-формы.

Оба вопроса разрешаются при использовании такого понятия как «проект» и «его состав». Проект ПФ - некоторая информационная структурная единица, содержащая одну разработку пресс-формы в виде инженерных расчетов и конструкторской документации в элек-

тронном виде. Это, в свою очередь, позволяет конструктору многократно обращаться к разработанной пресс-форме для корректировки расчетов, результатов или пересчета ряда деталей ПФ.

Другим понятием для разрешения этих же вопросов является «прототип» или «базовая модель» ПФ. В общем случае прототип в понимании с точки зрения процесса проектирования технологической оснастки - это конструкторская документация оснастки, успешно прошедшей стадии проектирования, изготовления и эксплуатации, и ставшей образцом для последующих конструкторских разработок. Иными словами, такая оснастка является базовой моделью, по которой проектируются последующие инструменты.

Базовой моделью для ПФ служит технологическая оснастка с конкретной структурой (составом) для получения изделия/полуфабриката - представителя определенной группы. Например, пресс-форма для получения крышек-заглушек из группы «круглые детали диаметром не менее 10 мм и не более 100 мм», и т.д. Таких базовых моделей может быть несколько - все определяется следующими технологическими параметрами:

- технологичность получения изделия/полуфабриката;

- количество получаемых единиц изделия/полуфабриката за один ход пресс-формы;

- площадь рабочей зоны;

- сложность изготовления рабочей зоны;

- обеспечение необходимых температурных режимов;

- применяемая схема съема изделия/полуфабриката из гнезд.

С точки зрения БЗ знания по базовым моделям ПФ образуют высший уровень баз |наний по пресс-формам, так как объединяют все уровни, начиная с деталей и кончая сбор-;ой. Множество БЗ базовых моделей пресс-форм образует банк моделей (БМ). По прото-ипу в ходе проектирования на реальное техническое задание (ТЗ) конструктор получает борочные чертежи.

Какова связь между проектом и прототипом? Если начинается проект по пресс-форме, о после определения основных характеристик рабочей зоны выбирается та модель, которая (аксимально подходит к разработанным требованиям изготовления изделия/полуфабриката. )то означает выбор ПФ с конкретной структурой, на уровне знаний - конкретные базы зна-ий, на уровне расчетов - конкретные вычислительные модели и т.д.

Из вышеизложенного следует, что состав проекта - это структура пресс-формы в электронном виде с входящими в нее БЗ по ВМ. Однако полный состав проекта включает в себя разработку рабочей зоны, которая определяет дальнейший выбор прототипа пресс-формы.

Общая схема проектирования ПФ в системе представлена на рис.7.

[ ]-при создании нового проекта до выбора первой вычислительной модели блок "Состав проекта" игнорируется

Рис.7 Общая схема использования САПР пресс-форм

На рис.7 показано, что конструктор, как пользователь САПР пресс-форм, может создавать проект с нуля или в случае корректировки открыть из списка созданных проектов нужный ему.

Если дано новое ТЗ на ПФ, то пользователь имеет возможность постепенного наращивания состава проекта по мере хода проектирования пресс-формы. На рис.7 это показано в виде обратной связи от выбора вычислительной модели компонента ПФ к составу проекта. Из такой особенности проекта вытекает следующее свойство данной САПР, чрезвычайно важное для проектировщика - он имеет возможность многократно менять состав проекта, выполнять пересчет и перерисовку выбранных ВАЛ, пока не получит конструкторскую документацию по пресс-форме, соответствующую заданной ТЗ.

Эта отличительная от традиционных САПР особенность позволяет рассматривать информационную систему проектирования пресс-форм как многоцелевую интеллектуальную САПР:

- создание пресс-формы с получением полной КД;

- корректировка существующей КД ПФ;

- модификация ПФ путем пересчета ВМ ПФ;

- накопление БЗ ПФ за счет поступления новых спроектированных ПФ.

На практике такая организация конструкторского труда создает два подхода к проек-ированию пресс-форм (рис.8).

а) Процесс проектирования пресс-формы на базе модели (пользовательская система)

откорректированные параметры б) Процесс создания и добавления новой модели пресс-формы (экспертная система)

РПЗ -расчетно-пояснительная записка БЗ-база знаний

КД - конструкторская документация БМ- банк моделей

Рис.8 Два подхода к процессу проектирования пресс-формы при помощи персональной вычислительной техники

Первый подход - это пользовательской система (рис.8 вариант а). Проектировщик вы-элняет следующие стадии электронного конструирования пресс-формы:

- анализ полученного ТЗ на ПФ;

- выбор прототипа процесса проектирования (поиск того проекта, который максималь-> соответствует требованиям из ТЗ);

- объявление проекта ПФ на базе прототипа;

- последовательное выполнение стадий проекта с проверкой результатов;

- если на стадии проекта создается эскиз или чертеж, то визуальный контроль с воз-зжной корректировкой графических параметров;

- если на стадии проекта произошла корректировка графики, то возврат к предыдущей адии для возможного пересчета параметров;

- после выполнения всех проектных процедур генерация окончательного варианта кон-эукторской документации;

- если на последней стадии во время контроля сделаны изменения в чертежах, тс уточнить характер изменений и, если необходимо, повторить пересчет с той стадии, где потребуется корректировка.

В случае последующего использования того же проекта повторяются вышеизложенные стадии за исключением первых трех и последовательное выполнение не всегда нужно.

Второй подход - экспертная система (рис.8 вариант б). Пользователь - проектировщик имеющий багаж знаний, накопленный за годы конструкторского труда или использующи» литературные источники и НСИ с запасом знаний предприятия, где создаются и используюта пресс-формы. Этот эксперт имеет следующие возможности:

- выбор не только проектов прототипов ПФ, но и их составляющих;

- в случае необходимости пополняет или дополняет БЗ по компонентам ПФ и т.д.;

- создание новых БЗ по пресс-формам;

- объявление созданного и прошедшего проекта принципиально новой ПФ проектом-прототипом и присвоение ему уникального наименования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Выявлена и сформулирована двунаправленность параметров как свойств объекте проектирования.

2. Исследована структура пресс-формы и процесс ее проектирования для представления в виде знаний и их обработки.

3. Выявлены и формализованы связи в пресс-форме для представления в математическом (символьном) виде.

4. Создана формализованная модель представления знаний о пресс-форме как объекте проектирования на базе когнитивно-процессной модели.

5. Разработана методика представления, накопления знаний, организации переноса у сохранения знаний по процессу проектирования пресс-форм в электронной форме.

6. Сформирована система управления знаниями для многократного использования е процессе проектирования пресс-форм.

7. Разработана методика использования информационной системы по проектированию (по-иному САПР) для проектировщиков в пользовательском и экспертном вариантах.

8. Внедрение результатов работы по экспертным оценкам позволило сократить сроки >азработки пресс-форм для литья под давлением в АО "ЗВИ" для деталей стиральной ма-jhhkh и двухконфорочной плитки.

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих работах:

1 .Давыдкин A.C., Краснов A.A., Штицман А.Д. Компьютерная поддержка действий ользователя при конструировании и изготовлении штампов и пресс-форм //Кузнечно-ламповочное производство, 1995, №6, с.22-24.

2.Давыдкин A.C., Ульянов А.Д., Штицман А.Д. Автоматизированная система проекти-ования пресс-форм.: Тезисы докладов научно-технической конференции "Информационные ехнологии в машиностроении". - Ростов-на-Дону: РИАТМ, 1995.

3.Агафонов B.C., Давыдкин A.C., Штицман А.Д. Электронный справочник комструкто-а по стандартным деталям оснастки.: Тезисы докладов научно-технической конференции Информационные технологии в машиностроении". - Ростов-на-Дону: РИАТМ, 1995.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандид; технических наук

Штицман А.Д.

Разработка компьютерной базы знаний и методики ее использования конструированию пресс-форм

Сдано в набор Подписано в печать

Формат 60x90/16 Бумага 80 гр/м2

Объем 1.5 уч. - изд. л. Тираж 60 экз. Заказ №527

Издательство "Станкин" 101472, Москва, Вадковкий пер., 3А

ПЛД № 53-227 от 09.02.96г.