АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СБОРНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ПО РАБОЧЕЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛИ

Петров П.С.¹, Феофанов А.Н.²

¹ORCID: 0000-0003-2870-1645, Аспирант кафедры автоматизированных систем обработки информации и управления ФГБОУ ВО МГТУ «СТАНКИН», ²ORCID: 0000-0003-4761-0538, Доктор технических наук, профессор, кафедры инженерной графики ФГБОУ ВО МГТУ «СТАНКИН»

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СБОРНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ПО РАБОЧЕЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛИ

Аннотация

В статье рассматривается возможность компоновки универсальных сборных приспособлений (УСП) на основе представления рабочей документации, обрабатываемого изделия, в графическом виде с выявлением зависимостей между поверхностями (приспособления и заготовки) для закрепления и ориентации изделия в рабочей зоне станка. Дано описание предметной области и её формализация в алгоритмическом виде. Рассмотрены важные составляющие экспертной системы – знания и связи. Приведена градация зависимостей (связей) путем введения весовых коэффициентов.

Ключевые слова: экспертные системы, связи, УСП, базы знаний, синтез конструкции, алгоритм, база данных.

Petrov P.S.¹, Feofanov A.N.²

¹ORCID: 0000-0003-2870-1645, Postgraduate student of the sub-department «Automated Systems of Information Processing and Management» of MSTU «STANKIN», ²ORCID: 0000-0003-4761-0538, PhD in Engineering, Professor of the sub-department «Engineering graphics» of MSTU «STANKIN»

AUTOMATED SELECTION OF THE ELEMENTS OF USP BY WORKING DOCUMENTS OF THE WORKPIECE

Annotation

Article considers the possibility of universal jigs (USP) based on the submission of the working documents, of the workpiece, in graphic form, identifying dependencies between the surface (device and the workpice) for fixing and orientation of the product in theworking area of the machine. The description of the subject area and its formalization in an algorithmic form. It is considered important components of an expert system - the knowledge and communication. Shows gradation dependencies (communication) by introducing weighting factors.

Keywords: expert systems, communications, universal jigs, knowledge Base, design synthesis, algorithm, database.

В данный момент широкое применение получили экспертные системы, дополняющие интеллектуальную деятельность человека в различных областях и базирующихся на опыте и знаниях ведущих специалистов требуемой области. Все они строятся на базе вычислительных машин, которые обучают решать логические задачи по доступным входным параметрам, и правилам обработки над полученными данными [1].

Основная задача данной статьи – смоделировать логическую цепочку действий принятия решения автоматизированной системы при синтезировании измененного расстояния между опорами у приспособления для токарной операции у детали типа вилка.

Объект исследования – это иерархически упорядоченные по типам и группам элементы УСП. Такой подход позволяет создавать связанные данные, вносимые в базу данных (БД) по предназначению элементов в компоновке приспособления.

Комплект УСП включает в себя 1 500 – 25 000 деталей, что означает конечный уровень решения [6].

Описание предметной области и выявленные в формализованной форме взаимосвязи между элементами УСП и геометрией хранятся в базе знаний (БЗ) экспертной системы [4].

Под БЗ будем понимать, своего рода, правила, ограничения и предписания к алгоритму действий, составленных к применяемой предметной области. Она хранит предыдущий опыт и типовые решения компоновок приспособлений, которые можно дополнять.

Знания – информация отражающая объективные свойства и связи объектов, отношений между ними [3]. Знания должны быть приведены к однозначному формализованному виду для их дальнейшей обработке, управлению и рациональному применению с помощью компьютера. Методологией формализованного представления знаний является логика – это основной элемент принятия решений.

Знания в предметной области УСП мы формализуем в виде модели предметной области (МПО):

где   – множество элементов УСП, с которыми мы имеем дело при решении задачи;  – множество состояний объектов УСП, причем возможно, что  и т.д. Эти свойства могут меняться под действием некоторых операторов   – множество имен отношений, в которые могут вступать объекты моделируемой ПО;  – множество имен операций (действий), которые допустимы м этими объектами через изменение их свойств и отношений между ними.

Для того чтобы перевести предметную область из начального S_н состояния в некоторое заданное, определяемое как целевое S_ц, нужно руководствоваться допустимыми действиями над предметной областью из множества  . Какие выбрать операции g_i  и в какой последовательности – неизвестно.

Примерное представление решения будет выражаться формулой:

Тем самым, взяв оператор g_i ∈ G из области множества G, мы перевели состояние S_н в S₁, но оно не совпало с S_ц, т. е. . И так далее пока не найдется такой g_i ∈ G, что . Путь решения можно представить следующей цепочкой действий:

Последовательность  как раз и будет представлять из себя алгоритм решения задачи. Причем перевод  возможен не единственным способом и в таком случае задачу можно ставить об оптимизации решения [2].

Рассмотрим построение связи на примере проектирования оснастки УСП для токарной обработки детали типа вилка [3].

Рис. 1 - Цепочка зависимостей требований заготовки к элементам УСП

 

При изменении меж осевого расстояния (с размера 159 мм на другое значение) у детали «Вилка» (рис. 1) – поддерживающий ее «угольник крепежный, правый, высотой 180 мм 7080-0361» должен трансформироваться под новое межосевое расстояние. Возникает необходимость найти релевантное решение путем изменения компоновки приспособления.

Рис. 2 - Возможные варианты компоновки элементов УСП для  обеспечения межосевого расстояния у детали типа вилка

 

Первым действием будет поиск решения в переборе по критерию типоразмера самого угольника, но такой вариант может оказаться не подходящим. Вторым действием будет регулировка путем добавления «подкладки» или «проставки». Третьим – рассмотрение возможности дополнения длины угольника подстановкой корпусных элементов. Четвертым – (наихудшим шагом) будет различные сочетания предыдущих. Три элемента образуют 7 областей пересечения решений, где три из них: области «проставка» и «подкладка», а также их пересечение – имеют нулевое значение на решение задачи. (рис. 2) Полученные области решения по-разному влияют на конструкцию приспособления. Данная последовательность представляет логическую цепочку действий и обладает взаимосвязями элементов между собой, составленная от наилучшего варианта (по мнению эксперта) к менее предпочтительному, а порядок следования этим действиям задается весовыми коэффициентами. (рис. 3) Построение зависимостей между элементами путем ранжирования и есть связи между ними.

Рисунок 3 - Задание весовых коэффициентов между элементами УСП

 

Связи – это показатели технического уровня, имеющие как сильное, так и слабое воздействие. Обычно задаются табличной зависимостью и весовыми коэффициентами (экспертными оценками).

Задание связей – это, прежде всего, знания о самом элементе или вскрытие всех его уровней, которые показывают зависимости между элементарными данными. (рис. 4).

Рис. 4 - Классификация элементов УСП

 

Знания о заготовке тоже образуют зависимости от элементарной геометрии до их функционального назначения и методов получения. (рис. 5).

Рис. 5. Классификация деталей  

Весовые коэффициенты — это оценка уровня сочетаемости функциональных ограничений, наложенных на элемент УСП с учетом их применения к конкретной заготовке. Они будут задавать последовательность при выборе операций g_i.

Стоит отметить что весовые коэффициенты задаются при четком описании детали. Они могут быть перезаданы как от типа детали, так и от типа операций над ней [3]. Данные зависимости представляют собой табличное представление правил подбора релевантных элементов, хранящихся в БЗ.

Дополнительно в БЗ вносится информация описывающая УСП элемент и его свойства. Вся эта информация, составляющая интерпретацию, будет по необходимости использоваться при синтезировании оснастки.

 

Таблица 1 - Информация об  угольнике крепежном, правом, высотой 180 мм 7080-0361

Элемент	Характеристики
	Область применения	Координаты привязки			Плоскости установки	Плоскости дальнейшей надстройки
		1	…	n
7080 -0361	Жесткое увеличение расстояния в конструкции приспособления	(X1,Y1,Z1)	…	(Xn,Yn,Zn)	а … k	b, c, d … g

 

Так же полученный опыт по использованию элементов – эвристическая информация, заложенная связями в БЗ, позволяет выполнять эффективный поиск по наиболее перспективным направлениям.

Формализованные, таким образом, данные (связи, ограничения) накладываются на фрейм программы при создании Автоматизированной Системы (АС) с реализацией взаимодействия с пользователем или экспертом. При невозможности АС подобрать компоновку, она сообщит об этом пользователю, тем самым давая обратную связь, что не хватает знаний, или необходимо перезадать весовые коэффициенты у компоновки или группы элементов, а возможно, и внести новые данные.

Выводы.

Элементы входящие в определенную компоновку УСП приспособления и конфигурации обрабатываемой детали имеют зависимости, приведенные к структурному виду. Установленные связи имеют различные силы воздействия, что реализуется ранжированием весовыми коэффициентами.

Литература

1. Феофанов А.Н., Гибкие автоматические линии в машиностроении. – М.: «Янус-К», 2002, 192 с. ISBN 5-8037-0125-4
2. Ручкин В. Н., Фулин В. А. - Универсальный искусственный интеллект и экспертные системы/ В. Н. Ручкин, В. А. Фулин – СПб.: БХВ-Петербург, 2009. – 240 с.: ил. ISBN 978-5-9775-0460-7
3. Петров П. С., Феофанов А. Н., Рыбаков А. В. Создание компьютерной среды проектирования для решения компоновочных задач (на примере автоматизации компоновок универсальных сборных приспособлений) // Металлообработка, 2016, №1, С. 48-54.
4. Рыбаков А.В., Евдокимов С.А., Краснов А.А. Возможности процессов проектирования машиностроительных изделий на основе компьютерных баз знаний (на примере станочных приспособлений) Вестник Станкина, 2015, №2
5. Рыбаков А.В., Краснов А.А. Организация процесса проектирования и изготовления технологической оснастки на основе управляемой системы взаимосвязанных компьютерных моделей // Известия Самарского научного центра РАН, 2012, Том 14, №4, С.677-685.
6. ГОСТ 31.111.41-93 - Детали и сборочные единицы универсально-сборных приспособлений к металлорежущим станкам. Основные параметры. Конструктивные элементы. Нормы точности
7. Черпаков Б.И. Технологическая оснастка: Учебник для учреждений сред. проф. образования – М.: Издательский центр “Академия”, 2003. – 288 с. ISBN 5-7695-1148-6 Стр. 256 – 273
8. Кузнецов В.С. и Пономарев Б.А. Универсально-сборочные приспособления. Альбом монтажных чертежей. М., «Машиностроение», 1974. 156 с. с ил.
9. ГОСТ 31.111.42-83 - Детали и сборочные единицы универсально-сборочных приспособлений к металлорежущим станкам. Технические требования. Методы контроля. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение
10. Каталог деталей и сборочных единиц универсально-сборных приспособлений М.: Научно-исследовательский институт информации по машиностроению – 1975.

References

1. Feofanov A.N., Gibkie avtomaticheskie linii v mashinostroenii. – M.: «Janus-K», 2002, 192 s. ISBN 5-8037-0125-4
2. Ruchkin V. N., Fulin V. A. - Universal'nyĭ iskusstvennyĭ intellekt i jekspertnye sistemy/ V. N. Ruchkin, V. A. Fulin – SPb.: BHV-Peterburg, 2009. – 240 s.: il. ISBN 978-5-9775-0460-7
3. Petrov P. S., Feofanov A. N., Rybakov A. V. Sozdanie komp'juternoj sredy proektirovanija dlja reshenija komponovochnyh zadach (na primere avtomatizacii komponovok universal'nyh sbornyh prisposoblenij) // Metalloobrabotka, 2016, №1, S. 48-54.
4. Rybakov A.V., Evdokimov S.A., Krasnov A.A. Vozmozhnosti processov proektirovanija mashinostroitel'nyh izdelij na osnove komp'juternyh baz znanij (na primere stanochnyh prisposoblenij) Vestnik Stankina, 2015, №2
5. Rybakov A.V., Krasnov A.A. Organizacija processa proektirovanija i izgotovlenija tehnologicheskoj osnastki na osnove upravljaemoj sistemy vzaimosvjazannyh komp'juternyh modelej // Izvestija Samarskogo nauchnogo centra RAN, 2012, Tom 14, №4, S.677-685.
6. GOST 31.111.41-93 - Detali i sborochnye edinicy universal'no-sbornyh prisposoblenij k metallorezhushhim stankam. Osnovnye parametry. Konstruktivnye jelementy. Normy tochnosti
7. Cherpakov B.I. Tehnologicheskaja osnastka: Uchebnik dlja uchrezhdenij sred. prof. obrazovanija – M.: Izdatel'skij centr “Akademija”, 2003. – 288 s. ISBN 5-7695-1148-6 Str. 256 – 273
8. Kuznecov V.S. i Ponomarev B.A. Universal'no-sborochnye prisposoblenija. Al'bom montazhnyh chertezhej. M., «Mashinostroenie», 1974. 156 s. s il.
9. GOST 31.111.42-83 - Detali i sborochnye edinicy universal'no-sborochnyh prisposoblenij k metallorezhushhim stankam. Tehnicheskie trebovanija. Metody kontrolja. Markirovka, upakovka, transportirovanie i hranenie
10. Katalog detalej i sborochnyh edinic universal'no-sbornyh prisposoblenij M.: Nauchno-issledovatel'skij institut informacii po mashinostroeniju – 1975.