Software & Systems

Современные тенденции конструкторской и технологической подготовки машиностроительного производства включают в себя использование информационных и проектирующих компьютерных систем, известных как CAD-, САМ-, САЕ-, CAPP-, PDM-системы. В более широком плане системы интегрируются в PLM-системы управления жизненным циклом изделия. Большинство известных продуктов такого класса, к которым можно отнести линейку систем Adem, Парус, КОМПАС, T-Flex, Windchill, в технологической части ориентированы на наиболее распространенные процессы механической обработки, сварки, сборочных операций. Ни в одной из них нет подсистем для технологической подготовки процессов ковки, являющихся одними из основных процессов заготовительного производства практически любого машиностроительного предприятия.

Таким образом, возникает задача создания САПР технологического процесса (ТП) ковки для ее последующего интегрирования в PLM-систе- му более высокого уровня. Уровень интеграции определяет требования к информационному обеспечению такой локальной САПР ТП. Ранее раз- работанные системы были ориентированы на разработку единичного экземпляра проектной документации, которой является карта ТП (КТП). Повторная разработка технологической документации на поковки одного и того же обозначения при сохранении уже существующей обычно не предусматривалась. Другими словами, информационная составляющая системы не позволяла работать с видоизмененными данными при сохранении обозначений на изделие, хотя ситуация, при которой требуется учитывать изменения в проектной документации при сохранении базовых обозначений, идентифицирующих изделие, очень характерна для мелкосерийного и опытного производств.

В Институте машиноведения УрО РАН (г. Екатеринбург) была разработана и успешно эксплуатируется на Уральском турбинном заводе САПР ТП ковки валов на молотах [1], в которой предусмотрено проектирование множества вариантов объектов проектирования, находящихся в различных состояниях актуальности. Интерфейс системы представляет собой набор окон различного содержания для выполнения отдельных задач проектирования. Несмотря на то, что были выделены классы деталей, поковок и техпроцессов, информация по ним представлялась в виде отдельных разрозненных таблиц на каждый класс в отдельном окне. После накопления опыта использования системы стало ясно, что требуется более четкое визуальное представление об иерархии спроектированных объектов, каковыми являются детали, поковки и КТП ковки. Действительно, показ отдельных разрозненных таблиц не дает возможности оценить общий объем и состояние разработанной документации в целом. Для решения этой задачи была принята концепция единого интерфейса на основе проектной парадигмы. Проектная парадигма хорошо известна разработчикам ПО, пользующимся известными инструментальными системами для создания программных систем различного назначения. Новизна предлагаемых решений заключается в том, что впервые проектный подход применен в локальной системе проектирования технологии кузнечного производства. Организация САПР ТП в виде проектов имеет явные преимущества как в локальном исполнении системы, так и при включении ее в дальнейшем в интегрированный продукт более высокого уровня.

Суть разработанного способа заключается в том, что детали, поковки и техпроцессы, а в дальнейшем сведения вспомогательного характера объединяются в проект, идентифицируемый одним и тем же обозначением на основе обозначения детали. Иными словами, создано такое представление, которое сразу показывает, сколько каких деталей введено в систему, сколько на каждую из этих деталей спроектировано поковок и сколько КТП спроектировано на эти поковки. Проектное представление позволяет отражать актуальность каждого объекта, а также при необходимости подключать элементы системы управления планированием производства и контроля документооборота.

Пользуясь наглядным представлением информации в виде проекта, пользователи смогут быстрее найти и просмотреть любой из объектов проектирования и эффективнее решать стоящие перед ними задачи.

Рассмотрим основные моменты интерфейса системы (рис. 1). В левой части экрана располагается дерево проектов (А), основанное на сводной таблице (В). Таблица в режиме по умолчанию не показывается, на ее месте выводится эскиз поковки, аналогичный эскизу детали (Б). В нижней части экрана показан фрагмент КТП (Г). Правая часть экрана занята многостраничными блокнотами со свойствами деталей (Д), поковок (Е) и КТП (Ж). Такая структуризация данных позволяет очень быстро и наглядно ориентироваться в схеме спроектированных и подлежащих проектированию объектов с учетом их многовариантности и актуализации.

Каждый проект представляет собой ветвь корневого дерева проектов. В зависимости от наличия или отсутствия объектов проектирования детали (Д) и поковки (П) могут быть вершинами (узлами) или листьями ветвей, а КТП (Т) – только листьями. Имя проекта составляется из обозначения и наименования базовой детали. Если деталь одного и того же обозначения имеет несколько вариантов, на дереве появляются вершины первого уровня, отличающиеся номерами вариантов (Д1, Д2, …). Под вариантами подразумевают извещения об изменениях, которые вносят в чертеж детали исправления в зависимости от номеров комплектов изделия. На каждый вариант детали могут быть спроектированы поковки, образующие вершины второго уровня (П1, П2, …). На каждый вариант поковки могут быть спроектированы КТП одного или нескольких вариантов – они образуют листья дерева (Т1, Т2, …). Если КТП утверждена, ей автоматически присваивается порядковый номер. Таким образом, древовидное представление проекта позволяет легко проследить, на базе какой детали были спроектированы поковка и технологическая карта. Для каждого объекта в рамках проекта принята сквозная нумерация вариантов.

Постановка задачи о взаимодействии объектов проектирования подробно изложена в работе [2]. Одна из трудностей, которая встретилась при разработке ПО, заключалась в том, что поковка может проектироваться не на одну, а на несколько деталей, причем даже с другими обозначениями и наименованиями. В этом случае дочерний объект «поковка» наследует свойства различных экземпляров родительского класса «деталь».

Поскольку информация для построения дерева проектов формируется в таблицах БД, были решены три задачи: из нескольких таблиц сформирована объединенная таблица с необходимыми для построения дерева проектов данными, разработана программа преобразования объединенной таблицы в древовидную структуру, разработана система обозначений объектов в дереве проектов.

Объединенная таблица (рис. 1, В) создана в виде представления (обзора) на основе таблиц ДЕ­ТАЛЬ (ветви первого уровня), ПОКОВКА (ветви второго уровня), TEXKAPTA (листья). Для ее создания разработан текст запроса, формирующий набор данных по согласованным ключевым полям: SELECT <поля таблицы d>, <поля таблицы p>, <поля таблицы t> FROM dbo.ДЕТАЛЬ AS d LEFT OUTER JOIN dbo.ПОКОВКА AS p ON d.NOMER = p.NOMERDET AND d.VARIANT = p.VARIANTDET LEFT OUTER JOIN dbo.TEXKAРTA AS t ON p.KODTK = t.KOD

Запрос формирует сводную таблицу, которая затем преобразуется в древовидную структуру. В объединенной таблице (рис. 1, В) формируются записи всех возможных сочетаний объектов проектирования с учетом их многовариантности, что обеспечивается вышеуказанным запросом. Пользователь имеет возможность видеть весь объем справочной и рабочей информации обо всех спроектированных объектах, их актуальности, значении всех рассчитываемых параметров, а также визуальное отображение эскизов и КТП.

Система спроектирована по технологии многодокументного интерфейса MDI (Multiple Document Interface), что также облегчает пользователю поиск и работу с необходимыми данными и формами. Рассмотрим возможности системы на примере главного меню (рис. 2). Кнопка «Проекты» вызывает окно, представленное на рисунке 1. Кнопка «Детали» позволяет выполнять одно из трех действий: ввод новой детали, вызов ранее заведенной детали из БД для проектирования из нее поковки, формирование так называемой сборной детали из нескольких деталей, хранящихся в БД, для их объединения в одну поковку. Кнопка «Поковки» вызывает ранее спроектированные поковки из БД, причем можно раздельно получить таблицу на поковки, на которые КТП спроектированы, и на поковки без КТП. Кнопка «Техкарты» вызывает утвержденные или неутвержденные КТП. Неутвержденные КТП можно корректировать, а утвержденные только просматривать и распечатывать на принтере. Кнопка «Архив» позволяет просматривать и изменять актуальность спроектированных объектов [2]. Кнопка НСИ предназначена для просмотра и корректировки БД нормативно-спра­вочной информации.

Рассмотрим, как происходит переход к гибридной схеме проектирования [3]. Программа имеет узловые точки, в которых программные единицы, являющиеся по сути мультиагентами [4], анализируют данные, необходимые для проектирования, и принимают решение о дальнейшем сценарии (рис. 3). Возможны три варианта развития событий: автоматическое проектирование по алгоритмам, заложенным в программе (генерирующая схема на основе модели знаний), проектирование по имеющимся в БД аналогам с поиском родственных решений (вариантная схема на основе опыта), корректировка решения пользователем системы.

Сочетание генерирующей и вариантной схем дает в итоге систему, которую называют гибридной. Она нивелирует недостатки каждой из применяемых схем и использует их преимущества. Гибридная система позволяет получить решение, основанное на опыте и знаниях квалифицированных пользователей, аккумулированных в ранее спроектированных ТП ковки и хранящихся в рабочей БД. Для подбора базовых вариантов были разработаны соответствующие характеристические параметры.

Рассмотрим интерфейс подбора родственных поковок при включении гибридного процесса (рис. 4). Задача гибридной системы заключается в поиске родственных поковок по характеристическим параметрам, которые были разработаны для каждой конкретной ситуации проектирования. В данном случае нужно в БД подобрать вал, наиболее близкий по геометрическим формам и размерам, по весу, по числу ступеней. Программа работает как в составе САПР ТП, так и в автономном режиме. В поле 1 выводится таблица объектов проектирования, которыми в данном примере являются все поковки ступенчатых валов. В поле 2 визуально отображается исходный вал, в поле 3 – найденный в результате поиска. Область 4 предназначена для манипуляций в ручном режиме. Так, верхняя левая кнопка предназначена для назначения исходного вала в автономном режиме, вторая кнопка – для поиска родственных поковок. В правой части области 4 можно задавать граничные условия по числу ступеней, по весу и по критерию сложности конфигурации. На белом фоне формируется список всех валов, удовлетворяющих условиям. Ближайший родственный вал с наибольшим критерием схожести S отображается в окне 3. Пользователь имеет возможность просмотреть другие родственные поковки, выбирая их из списка 4. После выбора вала для принятия окончательного решения пользователь нажимает соответствующую кнопку «ПРИМЕНИТЬ» в нижней левой части области управления.

Нужно отметить, что подобранная поковка, которая, естественно, отличается от исходной, не является самоцелью гибридной схемы. Она используется для определения некоторых параметров ТП, идентичных как для исходной, так и для ближайшей родственной (базовой) поковки. В частности, таким образом можно решать трудноформализуемую задачу определения количества выносов и промежуточных размеров заготовки во время ковки. Все разработанные ТП ковки маркируются признаком способа, которым они получены: автоматически, с использованием вариантной (гибридной) схемы или вручную. Соответственно пользователь может получать гибридное решение, основываясь на любой комбинации признаков ранее разработанных технологий. Если важен опыт экспертов-техноло­гов, для анализа берутся решения, полученные вручную. Если важен комплексный оптимальный результат, в процесс поиска могут быть включены все три признака. Если нужно приблизить решение к алгоритмам генерирующей схемы, для выборки применяют только автоматические решения.

На основании изложенного можно сделать следующие выводы. Разработанная проектная парадигма САПР ТП кузнечного производства позволяет в более полном объеме и более наглядно учитывать и применять многовариантность решений в процессе ввода деталей и проектирования поковок и технологических процессов ковки. Кроме того, проектный способ организации упрощает процесс интеграции локальной САПР ТП кузнечного производства в общую PLM-систему предприятия.

Разработанный интерфейс САПР ТП ковки учитывает автоматический, гибридный и ручной способы проектирования.

Литература

1.     Коновалов А.В., Арзамасцев С.В., Шалягин С.Д., Муйземнек О.Ю., Гагарин П.Ю. Интеллектуальная САПР технологических процессов ковки валов на молотах // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. № 1. С. 20–23.

2.     Арзамасцев С.В., Муйземнек О.Ю. Актуализация и архивирование объектов проектирования в САПР технологических процессов ковки // Программные продукты и системы. 2008. № 3. С. 69–72.

3.     Люгер Д.Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных проблем, 4-е изд.; [пер. с англ.]. М.: Вильямс, 2003. 864 с.

4.     Гагарин П.Ю., Коновалов А.В., Шалягин С.Д. Агентный подход в САПР ковки коротких поковок // Программные продукты и системы. 2011. № 1. C. 148–152.

References

1.  Konovalov A.V., Arzamastsev S.V., Shalyagin S.D., Muy-zemnek O.Yu., Gagarin P.Yu.,  Zagotovitelnye proizvodstva v mashinostroenii  [Blank production in mechanical engineering], 2010, no. 1, pp. 20–23.

2.  Arzamastsev S.V., Muyzemnek O.Yu.,  Programmye produkty i sistemy [Software and Systems], 2008, no. 3, pp. 69–72.

3.  Luger G.F.,  Artificial Intelligence. Structures and Strategies for Complex Problem, 4th ed.,  London,  Addison-Wesley, 2002.

4.  Gagarin P.Yu., Konovalov A.V., Shalyagin S.D., Programmnye produkty i sistemy  [Software and Systems], 2011, no. 1, pp. 148–152.