Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЕ CИСТЕМЫ ТИПОВОГО ВАРИАНТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Авторы:
Город:
Москва
ВУЗ:
Дата:
07 марта 2016г.

Важным направлением дальнейшего совершенствования методов и средств автоматизации проектирования является интеллектуализация систем, основанная на знаниях. Эта методология может широко использоваться в случае типового вариантного проектирования изделий. При типовом вариантном проектировании сборочные единицы создаются из определенного набора узлов и деталей, для проектирования которых используются известные методы. Этот метод применяется, например, для проектирования различных приводов. Использование интеллектуальных систем позволяет сократить трудоемкость и себестоимость процесса за счет повышения уровня автоматизации вплоть до полуавтоматического, а также улучшить качество за счет использования апробированных баз знаний.

Для интеллектуализации проектирования возможны два подхода. Можно встраивать элементы искусственного интеллекта в CAD-систему. По такому направлению, например, идет SolidWorks. Другое направление, описываемое в настоящей статье, заключается в использовании геометрических баз знаний в форме параметризованных геометрических образов, сформированных с помощью CAD-систем, в виде правил в составе продукционных баз знаний. Именно таким образом возможно создание полуавтоматических систем проектирования.

На Рисунке 1 представлена общая функциональная схема такой системы в стандарте IDEF0. На входе интеллектуальной системы проектирования и конструирования изделий имеется формализованное техническое задание. В результате работы системы генерируется конструкторская документация в стандарте ЕСКД, а также компьютерные модели, например, в формате 3D.

В качестве механизмов используются программные средства, обеспечивающие генерацию символьных и геометрических знаний. Символьные знания формируются с помощью системы экспертного программирования SprutExPro [1, 2, 3]. Система экспертного программирования позволяет непрограммирующему пользователю описывать свои знания на так называемом языке «деловой прозы», максимально приближенном к литературному языку, с автоматической генерацией программных средств на одном из языков программирования. Геометрические знания в форме параметризованных образов формируются в одной из CAD-систем, а за тем подключаются в продукционные базы знаний, генерируемые в SprutExPro.

Процессом управляет разработчик, отвечая на вопросы, задаваемые системой. Более подробно это описано ниже.


На Рисунке 2 с использованием языка UML приведена диаграмма прецедентов, поясняющая функционирование системы. В работе системы участвуют два лица «Заказчик» и «Разработчик». Заказчик с участием разработчика создает техническое задание. На основе этого задания разработчик с помощью интеллектуальной системы выполняет функции расчетчика и конструктора, генерируя необходимую документацию и модели. Полученные 3D модели могут использоваться для изготовления спроектированного изделия с помощью 3D принтера. При использовании принтеров, способных печатать с применением металлических порошков, изделие изготовляется в металле.

На Рисунке 3 приведена диаграмма компонентов системы полуавтоматического проектирования на языке UML. Диаграмма компонентов это статическая структурная диаграмма, показывающая разбиение программной системы на структурные компоненты и связи (зависимости) между компонентами. В качестве физических компонентов могут выступать файлы, библиотеки, модули, исполняемые файлы, пакеты и т.п.


Компоненты связываются через зависимости, когда соединяется требуемый интерфейс одного компонента с имеющимся интерфейсом другого компонента. Таким образом иллюстрируются отношения клиент-источник между двумя компонентами.

Зависимость показывает, что один компонент предоставляет сервис, необходимый другому компоненту.

Зависимость изображается стрелкой от интерфейса или порта клиента к импортируемому интерфейсу.

Центральным компонентом является ядро системы, с которым связан интерфейс с пользователем. Ядро системы связано с модулем проектирования, выполняющим функции CAE-системы, и с модулем конструирования, выполняющим функции CAD-системы (Рисунок 3).

Базовой методологией создания системы выбрана многоагентная методология [1]. В качестве агентов рассматриваются модифицированные классы объектов UML. В отличие от UML атрибуты классов объектов длятся на три категории: экспортируемые, импортируемые и внутренние. Агенты оперативно обмениваются информацией, расположенной в экспортируемых и импортируемых атрибутах. Помимо этого, в качестве методов классов объектов используются продукционные базы знаний.





В этой связи на этапе концептуального проектирования системы разрабатываются UML диаграммы классов объектов, которые затем превращаются в рабочие программы с помощью инструментальной системы SprutX [3].

На Рисунке 4 представлена корневая диаграмма классов простого изделия «Редуктор двухступенчатый», на примере которого будет продемонстрированы элементы создания и функционирования полуавтоматической системы проектирования.




Проектируемый класс объектов имеет набор атрибутов, импортируемых из технического задания: вид редуктора, расположение осей валов, вращающий момент на выходном валу, частота вращения выходного вала, время работы и вид нагружения (Рисунок 4). В качестве методов используются базы знаний расчетов и проектирования редукторов. Редуктор состоит из 1-й и 2-й ступеней, узла корпуса и изделий комплектующих. В состав ступеней входят узлы валов тихоходного, промежуточного и быстроходного. Методами перечисленных классов объектов являются соответствующие базы знаний конструирования. Комплектующие изделия выбираются из баз данных.

На Рисунке 5 приведена диаграмма классов узла тихоходного, доведенная до технорабочего уровня. На ней представлены все детали и их элементы с полным набором атрибутов, обеспечивающих генерацию чертежей и 3D моделей деталей.



Интерфейс модуля базы знаний в системе SprutExPro, обеспечивающий генерацию 3D модели глухой крышки подшипника представлен на рис.6. В качестве CAD системы здесь использовался SolidWorks. Метод создания таких модулей описан в работе [4].

На Рисунке 7 приведена схема интерфейса при функционировании полуавтоматической системы в процессе проектирования одноступенчатого редуктора.

На входе в систему имеется техническое задание, которое формируется с использованием соответствующего окна. Имеется возможность формирования технических заданий разного состава. На Рисунке 7 приведен вариант простого задания, включающего величины момента, вращающего на выходном валу в Нм, частоты вращения на выходе в об/мин, ресурса передачи в часах и количестве изделий.

Управление процессом проектирования осуществляется с помощью ответов на вопросы с заданной номенклатурой вариантов значений, выводимых базой знаний. В окне первого вопроса (прядок на рисунке слева на право и сверху вниз) разработчику представляется возможность выбора электродвигателя для привода. Приведено подмножество электродвигателей из базы данных, способных обеспечить выполнение технического задания по мощности и частоте вращения. Во втором вопросе предлагается выбрать вид зуба колес (прямой, косой или шевронный). Следующие вопросы связаны с выбором термообработки и материалов шестерни и колеса. Заключительные два вопроса позволяют уточнить значения свойств материалов шестерни и колеса.

После ответов на все вопросы интеллектуальная система производит все необходимые расчеты и генерацию документации и 3D модели. Если в результате ответов на вопросы нарушаются какие-либо ограничения, встроенные в базу знаний, интеллектуальная система выдает отказ с объяснением причин.




Таким образом, разработана и реализована методология и необходимые программные средства, позволяющие создавать полуавтоматические системы типового вариантного проектирования изделий машиностроения.

 

Список литературы

1.     Евгенев Г.Б. Интеллектуальные системы проектирования: учеб. пособие / Г.Б. Евгенев. – 2-е изд., доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 410 с.

2.     Основы автоматизации технологических процессов и производств: учебное пособие: в 2 т. / [Г.Б. Евгенев и др.]; под ред. Г.Б. Евгенева. – Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015.

3.     Интернет ресурс www.sprut.ru

4.     Евгенев Г.Б., Кокорев А.А., Пиримяшкин М.В. Интеллектуальные системы полуавтоматического проектирования и быстрого прототипирования изделий машиностроения // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) #9 (18). 2015. │ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. С. 19-25.