автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Системная модель для автоматизации технологической подготовки производства поковок объемной штамповкой

Основные обозначения и сокращения

Введение

1. Современное положение дел в области автоматизации технологической подготовки производства поковок

1.1. Проблемы совершенствования технологических процессов объемной штамповки

1.2. Анализ исследований в области методологии технологической подготовки производства поковок

1.3. Автоматизация технологической подготовки производства поковок путем структурной и параметрической оптимизации процессов формообразования деталей

1.4. Применение экспертных систем в проектировании техноло

1.5. Постановка задач исследования

2. Системный подход к реализации технологической подготовки производства поковок

2.1. Общее представление о системном подходе

2.2. Практическая реализация идей системного подхода применительно к объемной штамповке

2.3. Элементы системы технологии объемной штамповки

2.3.1. Внутренние свойства ТП ОШ: классификация и кодирование

2.3.2. Технические формы реализации технологических процессов объемной обработки металлов давлением

2.3.2.1. Признаки объекта и продукта обработки

2.3.2.2. Признаки физического процесса формообразующих операций объемной штамповки

2.3.2.3. Средства технологического оснащения (оборудование и инструмент)

2.3.3. Внешние условия реализации технологии

2.3.4. Исходные предметы обработки (материалы и заготовки), их классификация и кодирование

2.3.5. Классификация и кодирование продуктов обработки (детали, поковки) технологии объемной штамповки

2.4. Иерархическая модель структуры системы объемной штамповки

3. Технологическая подготовка производства поковок объемной штамповкой с применением системного подхода

3.1. Выбор типа проектируемого технологического процесса

3.2. Концептуальная модель системного проектирования технологии объемной штамповки

3.3. Организация, состав и логическая структура системного проектирования

3.3.1. Методическое обеспечение этапа «Постановка задачи проектирования»

3.3.2. Формирование эвристических правил для системной подготовки производства поковок объемной штамповкой

3.4. Выбор рациональной структуры формообразующих операций объемной штамповки

4. Практическое применение принципов построения АСТПП применительно к разработке технологического процесса объемной штамповки поковок ответственного назначения 13 о

В настоящее время в машиностроительном производстве значительно возросла роль фактора экономической эффективности используемых и вновь создаваемых технологий. В условиях, когда дальнейшее существование и развитие предприятия зависит от конкурентоспособности его продукции, особое внимание уделяется срокам и качеству разработки технологических процессов, а также снижению их ресурсоемкости и, в конечном итоге, себестоимости продукции. Решению задач повышения эффективности и снижения временных затрат производства призваны способствовать автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП). Они совместно с АСУП и САПР являются составной частью современной автоматизированной надстройки над производством.

Согласно проведенному анализу, для такой отрасли машиностроительного производства, как объемная штамповка, не существует удовлетворяющей требованиям сегодняшнего дня АСТПП. Целью данной работы является повышение эффективности автоматизированной системы технологической подготовки производства поковок объемной штамповкой на основе использования алгоритмов и методов искусственного интеллекта в проектировочной деятельности.

Объектом работы является технология объемной штамповки осесиммет-ричных поковок, предметом - автоматизация технологической подготовки производства таких поковок.

Исходя из поставленной цели, работа имеет следующую структуру:

- первая глава посвящена анализу состояния дел в области автоматизации технологической подготовки производства поковок объемной штамповкой. Рассматриваются используемые в настоящее время методики и алгоритмы проектирования. Анализируются их достоинства и недостатки. На основе проведенного анализа ставится цель, и определяются задачи диссертационного исследования; 7

- вторая глава посвящена применению системного подхода к технологии объемной штамповки - проверяется ее соответствие требованиям, необходимым для выделения системы из среды, анализируется структура системы «Технология объемной штамповки», подробно описываются ее элементы, их взаимосвязи и характеристики;

- в третьей главе описывается методика создания автоматизированной системы технологической подготовки производства поковок объемной штамповкой - разъясняется общая последовательность шагов, анализируется выбор стратегии проектирования на начальной его фазе, поясняются принципы принятия решений в различных проектировочных ситуациях, строится модель системного проектирования технологии, анализируется управление технологической подготовкой производства с помощью критериев эффективности;

- четвертая глава посвящена использованию вышеописанной методики в проектировании технологии производства конкретной детали - шестерни ведущей. Показана эффективность методики, проиллюстрировано использование системной модели на разных шагах процесса технологической подготовки производства;

- в приложении приведено описание программы, реализующей описанную методику, приведены ее снимки рабочего окна и листинг.

Заключение

Таким образом, при достижении поставленной цели были решены следующие задачи:

1. На основе системного подхода разработаны интеллектуальные алгоритмы проектирования АСТПП поковок объемной штамповкой, учитывающие существующие производственные условия (имеющееся оборудование, наличие различных исходных материалов, требования к продукту разработки), использующие передовые достижения в области технологии объемной штамповки. Алгоритмы позволяют вести неформализованное проектирование технологии (поиск решений задачи проектирования), синтезируя ее как упорядоченную совокупность элементов соответствующей предметной области, и строятся на принципах экспертной системы, поэтому являются открытыми и приспосабливающимися к любым новым условиям и особенностям конкретного производства.

2. Построена системная модель предметной области «Технология объемной штамповки», позволяющая анализировать связи между элементами технологии - операциями, процессами формоизменения, их параметрами, обладающая открытой иерархической структурой, что дает возможность легкой ее модификации при появлении нового знания или уточнении существующих взаимосвязей между элементами.

3. Сформулированы зависимости, описывающие с помощью логических операторов принятие решений на различных стадиях процесса технологической подготовки производства поковок объемной штамповкой. Показано, что на начальной стадии проектирования число проектировочных ситуаций невелико, что позволяет, выбрав однозначно стратегию проектирования, сократить расходы временных и иных ресурсов на обсчет заведомо невыгодных иных вариантов.

155

4. Реализовано управление результатами работы АСТПП поковок объемной штамповкой задаваемым системным критерием эффективности. При изменении относительных весов входящих в его состав локальных критериев изменяется стратегия проектирования и его результатом будет технологический процесс со структурой и параметрами, оптимизированными для данного сочетания критериев эффективности.

5. Создана структура информационного массива системы «Технология объемной штамповки», включающего в себя всю техническую, конструкторскую, прочую информацию по элементам системы - оборудованию объемной штамповки, исходным материалам, заготовкам, инструменту.

6. На базе созданной методики спроектирован реальный технологический процесс объемной штамповки, доказавший преимущества методики над традиционными.

7. Разработан программный комплекс, реализующий интеллектуальный алгоритм, являющийся основой АСТПП поковок объемной штамповкой. Данный программный комплекс может использоваться как в учебном процессе для демонстрации взаимосвязей в системе «Горячая объемная штамповка» и объяснения механизма принятия решений на различных стадиях проектирования, так и на реальном производстве для автоматизации технологической подготовки производства поковок объемной штамповкой.

1. Амиров Ю.Д. Научно-техническая подготовка производства М.: Экономика, 1989.-230 с.

2. Хилл П. Наука и искусство проектирования М.: Мир, 1973- 270 с.

3. Щетинин Г.М. Системная организация проектирования специальных средств производства.- Казань: КАИ, 1983 68 с.

4. Аксенов Л.Б. Системное проектирование процессов штамповки-Л. Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1990 240 с.

5. Тетерин Г.П., Полухин П.И. Основы оптимизации и автоматизации проектирования технологических процессов горячей объемной штамповки М.: Машиностроение, 1979.-284 с.

6. Алиев И.А., Тетерин Г.П. Система автоматизированного проектирования технологических процессов горячей объемной штамповки.- М.: Машиностроение, 1987.-224 с.

7. Аксенов Л.Б., Богоявленский К.Н. Современные методы проектирования технологических процессов горячей объемной штамповки- Л.: ЛПИ, 1982.- 92 с.

8. Ларичев О.И. Объективные модели и субъективные решения М.: Наука, 1987.- 143 с.

9. Тарповский И .Я., Вайсбурд P.A., Еремеев Г.А. Автоматизация проектирования технологии горячей штамповки М.: Машиностроение, 1969240 с.

10. Гун Г.Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением: Учеб. пособие для вузов М.: Металлургия, 1983 - 352 с.

11. Ганго O.A. Проблемы оптимизации кузнечно-штамповочного производства // Кузнечно-штамповочное пр-во- 1981 №18 - С.3-6.

12. Вайсбурд P.A. Оптимизация процессов кузнечно-штамповочного производства // Кузнечно-штамповочное пр-во 1982 - №3- С. 19-21

13. Altan, Oh S. CAD/CAM of Tooling and Process for Plastic Working // Advanced Technology of Plasticity.- 1984.-Vol.1. Tokyo, Japan, P.531-544.

14. Goton R., Nishimura М. Application of CAD System to Hot Forging // Advanced Technology of Plasticity 1984-Vol.- 1. Tokyo, Japan, P.545-556.

15. Соломенцев Ю.М., Максин Ю.А, Позднеев В.М. Интеграция конструктор-ско-технологического проектирования на основе экспертной системы машиностроительных технологий // Проблемы интеграции образования и науки.-М.: ВНИИТЭМР, 1990.-С.З-4.

16. Tang J., Oh S. Altan Т. The Application of expert system to automatic forging: Proceedings of 13'th North American Manufacturing Research Conference, ASM, Dearborn, USA, 1985, P.- 449-455.

17. Ramalingham S. Expert System for Manufacturing: example of tools to access manufacturability: Proceedings of 13'th North American Manufacturing Research Conference, ASM, Dearborn, USA, 1985, P.- 411-417.

18. Букин-Батырев И.К. Применение ЭВМ при разработке технологии штамповки и конструирования штампов// Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т.- М.: Машиностроение, 1987 Т 3: Холодная объемная штамповка / Под ред. Г.А. Навроцкого - С.363-376.

19. Азимов Б.М. Автоматизация проектирования маршрутной технологии ХОШ в серийном производстве // Кузнечно-штамповочное пр-во- 1991-№11.-С.- 7-10.

20. Оптимизация технологических процессов и конструирование штампов для холодного и полугорячего выдавливания: Методические рекомендации/ В.А. Евстратов, О.М. Иванов, В.И.Кузьменко и др.- М.: ВНИИТЭМР, 1989.-192 с.

21. Практическое введение в технологию искусственного интеллекта и экспертных систем с иллюстрациями на Бейсике / Р. Левин, Д. Дранг, Б Эдел-сон / Пер. с англ.- М.: Финансы и статистика, 1991.- 239 е.: ил.

22. 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 е.: ил.

23. Expert system saves $20 milliononpipelinemanagement// C&I, 1994, July,p-31.

24. Newell A., Simón M.A. Human problem solving Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1972.

25. Берталанфи JI. Общая теория систем // Системные исследования. Ежегодник.- М.: Наука, 1969.- С.- 30-54.

26. Хубка В. Теория технических систем / Пер. с нем.- М.: Наука, 1987 202 с.

27. Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем М.: Мысль, 1978272 с.

28. Построение современных систем автоматизированного проектирования / Под ред. К.Д. Жука Киев: Наук, думка, 1983- 246 с.

29. Ром М. Интеллектуальный автомат: компьютер в качестве эксперта / Пер. с нем.-М.: Энергоатомиздат, 1991- 80 с.

30. Михайлов А.И., Черный А.И., Гиляровский Р.С. Научные коммуникации и информатика-М.: Наука, 1976.-435 с.

31. Мельников Г.П. Системология и языковые основы кибернетики М.: Сов. радио, 1978.-368 с.

32. Целиков А.И. Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее.-М.: Металлургия, 1979.-48 с.

33. Конструирование штампов для объемной штамповки на универсальных прессах / В.В. Евстигнеев, В.П. Кокоулин, В.М. Колесников и др.// Кузнеч-но-штамповочное производство 1978 - №4- С - 17-20.

34. Штампы для холодной объемной штамповки / Г.А. Навроцкий, В.А. Головин, В.Б. Евстифеев и др.- М.: Б.И., 1977 64 с.

35. Штампы для горячего деформирования металлов / Под ред.- М.А. Тылки-на.-М.: Высшая школа, 1972 495 с.

36. Новиков И.И., Портной В.К. Сверхпластичностъ сплавов с ультрамелким зерном.-М.: Металлургия, 1981.- 188 с.

37. Смирнов О.М. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности.- М.: Машиностроение, 1979 184 с.

38. Бернштейн M.JL, Капуткина JI.M., Прокошин С.Д. и др. Закономерность структурообразования при горячей деформации аустенита легированных сталей// Известия АН СССР. Металлы.- 1982.- №2.- С.- 94-103.

39. Машиностроительные материалы: Краткий справочник/ В.М. Раскатов, B.C. Чуенков, П.Ф. Бессонова, М.Машиностроение, 1980 511 с.

40. Фонштейн Н.М. Применение критериев линейной механики разрушения в металловедении-М.: Машиностроение, 1979.-55 с.

41. Цветков В.Д. Система автоматизации и проектирования технологических процессов М.: Машиностроение, 1972 - 240 с.

42. Гуд Г.Х., Макол Р.Э. Системотехника. Введение в проектирование больших систем М.: Советское радио, 1962 - 383 с.

43. Митрофанов С.П. Научная основа групповой технологии JL: Машиностроение, 1960.-343 с.

44. Клусов И.А. Проектирование роторных линий- М.: Машиностроение, 1990.-320 с.

45. Лисичкин В.А. Теория и практика прогностики М.: Наука, 1972 - 224 с.

46. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие в 3-х книгах-М.: Машиностроение, 1977 663 с.

47. Моделирование как метод научного познания / Б.А. Глинский, Б.С. Гряз-нов, Б.С. Дынин и др.- М.: МГУ, 1965.- 248 с.

48. Балл Г.А. Система понятий для описания объектов приложения интеллекта // Кибернетика.- 1979.- №2.- С. 109-113.

49. Дворянкин A.M., Половинкин А.И., Соболев А.Н. Методы синтеза технических решений-М.: Наука, 1977 103 с.

50. Есикава X. Что такое проектирование. Общая теория / ВПЦ. N D-18909 М.Ф. Пер.- 83 /11832. Кн. Нихон Китай Гаккайси, 1981.-Т.84.- №749 С.-328-335.

51. Крик Э. Введение в инженерное дело / Пер. с анг.- М.: Энергия, 1970.-176 с.

52. Никольсон Н. Искусственный интеллект. Методы поиска решений/ Пер. с англ.- М.: Мир, 1973.- 270 с.

53. Ступаненко A.A. САПР технологических операций Л.: Машиностроение, 1988.-243 с.

54. Ларичев О.И. Методы многокритериальной оценки альтернатив // Многокритериальный выбор при решении слабоструктурированных проблем // Тр. ВНИИСИ.- 1978.- вып.5.- С.- 5-29.

55. Ларичев О.И. Методы многокритериальной оценки альтернатив // Многокритериальный выбор при решении слабоструктурированных проб л ем.-М.: Наука, 1979.-200 с.

56. Вольфганген В.Э., Кузин Л.Г., Олейников В.Т. О проблеме представления информационных объектов фреймами// НТИ Сер.- 2 - 1982 - №2 - С-14-16.

57. Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении.- Л.: Машиностроение, 1989.-255 с.

58. Построение современных систем автоматизированного проектирования / Под ред. К.Д. Жука Киев: Наук, думка, 1983 - 247 с.

59. САПР изделий и технологических процессов в машиностроении/ P.A. Ал-лик, В.И. Бронянский, А.Г. Зурин и др. Л.Машиностроение, 1986 319 с.

60. Сердюк Б.А. Инструментальный диалоговый монитор САПР: Учеб. пособие.-М.: Наука, 1991.-55 с.

61. САПР за рубежом. ЭИ серия ТС 3 «Автоматизированные системы управления»-М.:ЦНИИТЭИ приборостроения, 1985. Вып. 1-2.-27 с.

62. Kaidsu Sideo «Kirai to kodu, Joob end», 1983.- 27,10 P. 64.

63. Van der Kroohenberg Vantekenkanor automatesering naar computer gestennol ontwerpen. Politechnisch tijdsehrift ser Werktuigboum - Nederland, 1983 - 3201. P

64. Теория обработки металлов давлением / Н.Я. Тарновский, A.A. Поздеев, O.A. Ганаго и др.- М.: Металлургия, 1963- 672 с.

65. Теория прогнозирования и принятия решений / Под ред. С.А. СаркисянаМ.: Высшая школа, 1977 264 с.

66. Шибаков В.Г. Оптимизация проектирования режимов термомеханической обработки малолегированных сталей // Перспективы и опыт внедрения статистических методов в АСУ ТП: Сб. докл.- М. Ин-т проблем кибернетики АН СССР, 1981.-С. 41-144.

67. Прангишвили И. В. Системный подход и общесистемные закономерности. М.: СИНТЕГ, 2000.- 528 с.

68. Гуров A.M., Починкин С.М. Автоматизация технологических процессов. -М.: Высш. шк., 1979.-380 е.: ил.

69. Емельянов А.И., Капчик О.В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие по содержанию и оформлению проектов 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1983 - 399 е., ил.

70. Автоматизированное проектирование технологических процессов / A.M. Гордон, А.П. Сергеев, В.П. Смоленцев и др. / научн. ред. В.П. Смоленцев-Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 1986 196 е.: ил.

71. Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении- Л.: Машиностроение, Ленингр. Отделение, 1989.-254, 1. е.: ил.

72. Автоматизация проектирования и технологическая подготовка производства в станкостроении: Сб. науч. тр. / Под ред. В.А. Кудинова, А.И. Левина; Министерство станкостр. и инструм. пром. СССР. ЭНИМС. М.: ОНТИ ЭНИМС, 1985.-234 с.

73. Махнач В.И., Сафроненко В.А. Автоматизация проектирования технологии горячей вальцовки / АН БССР, Институт техн. кибернетики Минск: Наука и техника, 1989 - 102, 2. е.: ил.

74. Проектирование организационно-технических структур производственных систем механической обработки / A.B. Насретдинов, И.Н. Пац, Б.В. Мешков. Л: Политехника, 1991. -253, 2. е., ил.

75. Математическое моделирование технологических процессов и метод обратных задач в машиностроении / А.Н. Тихонов, В.Д. Кальнел, В.Б. Гласко. М.: Машиностроение, 1990. - 252, 1. е.: ил.

76. Автоматизация проектирования технологии в машиностроении / Б.Е. Че-лищев, И.В. Боброва, А. Гонсалес-Сабатер / под ред. Н.Г. Бруевича. -М.Машиностроение, 1987. -263, 1. е.: ил.

77. Автоматизация поиска технических решений на ранних стадиях проектирования: Межвузовский сборник / Марийский ордена дружбы народов политехнический институт им. A.M. Горького / под ред. А.И. Половинкина. -Йошкар-Ола: МарГУ, 1982. 260 с.

78. Нечеткие модели для экспертных систем в САПР / Н.Г. Малышев, Л.С. Берштейн, А.В, Боженюк. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 134, 1. е.: ил.

79. Чичварин Н.В. Экспертные компоненты САПР. М: Машиностроение, 1991.-239 е.: ил.

80. Энгельке У.Д. Как интегрировать САПР и АСТПП / Пер. с англ. В.В. Мар-тынюка, P.E. Веденеева; Под ред. Д.А. Корягина. М: Машиностроение, 1990.-319, 1. е.: ил.

81. Хокс Б. Автоматизированное проектирование и производство: пер. с англ.-M: Мир, 1991.-296 е.: ил.

82. Попов Э.В. Экспертные системы: Решение неформализованных задач в диалоге с ЭВМ. М.:Наука, 1987. - 283,1. с.:ил.

83. Гаврилова Г.А., Червинская K.P. Извлечение и структурирование знаний для экспертных систем. М.: Радио и связь, 1992. - 199 е.: ил.

84. Таунсенд К., Фохт Д. Проектирование и реализация экспертных систем на персональных электронных вычислительных машинах / Пер. с англ. В.А. Кондратенко, C.B. Трубицына; предисл. Т.С. Осипова. М.: Финансы и статистика, 1990. - 318, 1. е.: ил.

85. Панов A.A. Автоматизированная система технологической подготовки производства в гибких производственных системах // Механизация и автоматизация производства. 1991.- №3. - С. 33-36.

86. Производственные системы с искусственным интеллектом / P.A. Алиев, И.М. Абдикеев, М.Н. Шахназаров М.: Радио и связь, 1990. - 262, 1. е.: ил.

87. Элти Д., Куба М. Экспертные системы: Концепции и примеры / Пер. с англ. Б. И. Шитикова. М.: Финансы и статистика, 1987. - 190 с.

88. Борисов А.Н., Федоров И.П. Формирование технических решений задач проектирования. на основе экспертных знаний // Известия АН СССР. Техн. Кибернетика. 1990, №5. - С. 154 - 163.

89. Андрейчиков A.B., Дворянин A.M., Половинкин А.И. Об использовании экспертных систем в автоматизированном банке инженерных знаний для поискового проектирования и конструирования // Известия АН СССР. Техн. Кибернетика. 1989, №1. - С. 183-189.

90. Журавлева А.Н. Особенности автоматизированного проектирования технологических процессов механообработки в условиях многоцелевого производства // Автоматизация и современные технологии. — 2002, №3. С. 1113.

91. Ю2. В.Г. Шибаков, Р.И. Мулюков. Предварительный анализ проектировочной ситуации при разработке технологии горячей объемной штамповки // Куз-нечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. -2002. -№ 8 -С. 20-23.