Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

Бурдо Георгий Борисович

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ автоматизированнЫХ СИСТЕМ проектирования технОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СОПРОВОЖДЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ

В ГЕОФИЗИЧЕСКОМ ПРИБОРОСТРОЕНИИ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

(в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Тверь-2011

Работа выполнена в Тверском государственном техническом университете

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

ПАЛЮХ Борис Васильевич

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор

КАМАЕВ  Валерий  Анатольевич

 

  - доктор технических наук, профессор

  МИТРОФАНОВ  Владимир Георгиевич

  - доктор технических наук, профессор

  Еремеев  Александр  Павлович

 

Ведущая организация -  ОАО научно-производственное предприятие

ГЕРС, г. Тверь

Защита диссертации состоится л 20 мая 2011г., в  15  часов на заседании диссертационного совета Д 212.262.04 в Тверском государственном техническом университете по адресу:

170026, г. Тверь, наб.  Афанасия Никитина, 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

  Автореферат разослан л  2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Н.Н. Филатова

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы определяется имеющимися противоречиями в области проектирования технологических процессов (ТПр) и управлением выпуском изделий в геофизическом приборостроении (ГФП):

  - время технологической подготовки производства (ТПП) с помощью автоматизированных систем проектирования технологических процессов (T-Flex, Вертикаль, Спрут, ТехноПРО, TEXCARD и др.) становится соизмеримым со временем изготовления деталей, не осуществляется организационно-технологическое проектирование ТПр (их разработка с учетом целевой функции заказа, способа организации производства, загрузки оборудования подразделений), актуальное для единичного и мелкосерийного производства;

  - большие затраты времени на разработку и корректировку постоянно обновляемых в течение года объемных и календарных планов затрудняют точное определение объемов и сроков выполнения договоров, заставляют фирмы иметь запасы узлов и приборов, которые могут быть не востребованы потребителями и увеличивают незавершенное производство;

  - способы управление ТПр изготовления приборов не отвечает условию своевременной штучной поставки приборов по большому числу контрактов;

  - для организации управления производством необходимо знание времен выполнения операций, однако ТПП из-за дефицита времени выполняется весьма укрупненно;

  - методология построения автоматизированных систем проектирования технологических процессов (САПР ТП), автоматизированных систем управления ТПр (АСУТП) и систем управления и планирования предприятием разного уровня (ERP (Enterprise Resourse Planning)-системы, MRP-2 (Manufacturing Requirement Planning), Scada (Supervisoru Control And Data Acquisition)  и др.) направлена на обслуживание нужд серийного и крупносерийного производства (ГФП относится к единичному и мелкосерийному); ERP-системы к тому же ориентированы на североамериканский  (отчасти западноевропейский) способ организации  технологий;

  - ERP и MRP-2 -системы позволяют разрабатывать в автоматизированном режиме объемные планы, разработка точных календарных и оперативных планов невозможна из-за отсутствия средств для расчета циклов изготовлений изделий, автоматизированная корректировка планов по результатам диспетчирования (Scada) не предусматривается;

- АСУТП позволяют отслеживать выполнение КПГ, но не имеют формальных процедур для их расчетов, и принятия решений на основе результатов диспетчирования;

- имеется информационный разрыв между САПР ТП, АСУТП и ERP-системами, не позволяющий оперативно принимать управленческие решения;

- развитие геофизического приборостроения России, находящегося на прорывных направлениях развития науки и техники и успешно конкурирующего с ведущими зарубежными фирмами, сдерживает отсутствие современных производственных систем (ПС).

Выявленные противоречия позволяют осуществить постановку проблемы, имеющей важное значение для отечественного  геофизического приборостроения - повышение эффективности функционирования производственных систем ГФП путем сокращения сроков и совершенствования ТПП и планово-организационного сопровождения производства изделий. Решение проблемы приводит к сокращению времени на выпуск новых образцов техники, улучшению технико-экономических показателей предприятий, обеспечивает возможность управлять сроками изготовления изделий  за счет многовариантной оценки решений. 

В рамках данной проблемы актуальны постановка и решение научной проблемы - создание теоретических основ для построения автоматизированных систем проектирования технологических процессов и сопровождения процессов производства изделий (АССП)  в ПС геофизического приборостроения. 

Решение проблемы предлагается осуществлять на основе формализации и автоматизации проектных процедур  при  проведении организационно- технологического проектирования ТПр, разработке и корректировке планов технологических подразделений и диспетчировании их работы.

Область исследования Цметодология разработки моделей и методов для анализа и синтеза  проектных решений по проектированию технологий и планированию и управлению производством в машиностроении и приборостроении.

Объект исследования - процесс автоматизированного проектирования технологических процессов и принятия решений при сопровождении производства изделий в ГФП, методы и способы осуществления  проектных процедур.

Цель диссертационной работы - совершенствование существующей методологии построения САПР ТП и АССП для предприятий геофизического приборостроения на основе совокупности принципов, моделей, положений и методов, создающих предпосылки для повышения степени автоматизации и интеллектуализации проектных процедур при разработке ТПр и сопровождении производства изделий.

Для достижения цели в работе осуществлялись постановка и решение основных исследовательских задач:

1) выбор и анализ объекта проектирования, анализ существующей методологии и систем автоматизированного проектирования технологических процессов и управления предприятиями разных уровней,

2) анализ моделей процесса проектирования и моделей представления знаний в САПР ТП и  АССП, разработка принципов их создания,  методов и моделей процессов автоматизированного организационно-технологического проектирования в САПР ТП  и принятия решений в АССП на основе распознавания ситуации в технологических подразделениях,

3) построение иерархических теоретико-множественных описаний производственной системы, САПР ТП и АССП, обеспечивающих информационную интеграцию САПР ТП, АССП и технологический подразделений, и связь с системой управления организацией,

4) систематизация и формализация эвристик, организационных и технологических закономерностей построения технологии механической обработки, иерархическое представление процесса проектирования в САПР ТП на основе информационного преобразования состояний проектируемого объекта на уровнях декомпозиции, разработка методики автоматизированного проектирования ТПр с учетом загрузки оборудования и целевой функции ПС,

5) систематизация и формализация  методов разработки объемных, календарных, оперативных планов и диспетчирования, учитывающих концепцию накопления контрактов,  разработка моделей и алгоритмов процесса принятия решений в АССП на основе распознавания ситуации в ТП,

6) программная реализация методологии построения САПР ТП и АССП,  разработка методик автоматизированного проектирования  и сопровождения производства изделий, исследование предложенных моделей и методов при решении задач в производственных условиях.

Научная новизна. В настоящей работе:

1. Предложены на основе теоретико-множественного подхода  и системных отношений и категорий часть-целое, система-подсистема, лцелостность-разобщенность, подчиненность целей, преемственность структур способы информационной и временной интеграции САПР ТП, АССП и ТП, обеспечивающие организационно-технологическое проектирование ТПр с учетом загрузки оборудования и целевой функции, и сопровождение производства на основе распознавания ситуации в технологических подразделениях.

2. Разработано представление процесса проектирования в САПР ТП, включающее: способ иерархической организации проектных процедур, способ формирования базы знаний продукционных моделей на основе системно-технологических закономерностей, способ оценки промежуточных решений критериями, функционально выражаемых через параметры состояния проектируемого объекта (ТПр) на уровнях декомпозиции и технологических подразделений, способ представления параметров состояний ТПр.

3. Предложены иерархические модели знаний для информационного обеспечения САПР ТП на основе теоретико-множественного подхода и  выявленной иерархической системы исходных положений, вытекающих из  технологических, системных и организационно-экономических принципов проектирования ТПр,  включающие: описание уровней процесса проектирования и проектируемого объекта, описание процедур синтеза и оценки решений, описание процедур накопления опыта.

4. На основе выявленных принципов построения САПР ТП предложена методика автоматизированного проектирования технологических процессов, новизна которой заключается в систематизации и формализации проектных процедур на уровнях синтеза укрупненных схем, маршрутной и операционной технологии, разработки управляющих программ для станков с ЧПУ, и  процедур оценки решений на уровнях системами критериев, зависящими от целевой функции ПС и параметров состояния ТП; в модификации решений при изменении загрузки оборудования и целевой функции.

5. Разработаны модели знаний для АССП на основе теоретико-множественного подхода, включающие: функциональное описание уровней сопровождения, логическую схему взаимосвязи проектных процедур, иерархические системы приоритетов, способы осуществления проектных процедур и распознавания ситуации в ТП.

6. На основе выявленных принципов построения АССП разработана методика автоматизированного сопровождения  процессов изготовления приборов, новизна которой заключается в систематизации и формализации процедур расчета на всех уровнях сопровождения;  взаимосвязи объемного,  календарного, оперативного планирования и диспетчирования;  оперативном планировании  и диспетчировании на основе распознавания ситуации в технологических подразделениях; автоматическом  переходе от одного уровня сопровождения к другому и в режим диалога.

7.  Развита концепция  принятия решений на основе интеллектуальной модели знаний, включающей продукционные модели представления знаний, логические, оптимизационные и интуитивные звенья. Разработаны методы формализации процессов проектирования и накопления знаний в САПР ТП и АССП.

8. Предложена методика диспетчирования технологических процессов на основе аппарата нечетких множеств, новизна которой заключается в ее применении применительно к дискретным машиностроительным объектам, выявлении совокупности входных и выходных параметров, разработке правил нечеткого вывода.

Методы исследования. В работе используются методы теорий: множеств, графов, формальных систем, искусственного интеллекта, исследования операций, управления, а также методы математической статистики.

  Работа выполнена в рамах междисциплинарной отрасли научных знаний, охватывающих  методологии  систем автоматизированного проектирования, построения технологических процессов в машиностроении, автоматизированных систем управления предприятием и технологическими процессами, систем, проектирования, Бережливого производства, управления качеством. 

Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями и апробацией  на моделях и с помощью программных средств, реализующих отдельные элементы САПР ТП и АССП, доказывающими адекватность синтезированных технологических и управленческих решений условиям их реализации, соответствие информационного и системного представления проектируемых объектов реальным объектам в производственной системе. Результаты автоматизированного синтеза технологических процессов, объемных, календарных планов, календарных планов-графиков (КПГ) и диспетчирования при промышленной эксплуатации  полностью подтверждают эффективность предложенных методик, моделей и алгоритмов в САПР ТП и АССП.

Практическая ценность работы заключается в повышении эффективности человеко-машинных систем при проектировании технологических процессов механической обработки и сопровождении процессов изготовления изделий в ГФП,  выражающейся в автоматизации процедур: многовариантного синтеза решений и их отбора на уровнях декомпозиции процесса проектирования (САПР ТП),  разработки планов всех уровней для технологических подразделений и принятия управленческих решений на основе диспетчирования (АССП). В ходе выполнения исследований:

1. Показана необходимость системной, информационной и временной интеграции САПР ТП, АССП и ТП в рамках производственной системы, что создает возможности: реализации дополнительного уровня управления ТП за счет  проектирования ТПр с учетом целевой функции ПС и  текущей загрузки оборудования; осуществлять планирование и диспетчирование на основе распознавания ситуации в технологических подразделениях. 

2. Доказана возможность снижения субъективизма и времени технологической подготовки производства при повышении ее качества в условиях ГФП на основе САПР ТП, сочетающих методики многоуровневого организационно-технологического проектирования единичных и унифицированных  ТПр,  учитывающие загрузку оборудования ТП и целевую функцию ПС.

3. Сформирован иерархический комплекс системно-технологических закономерностей, базирующийся на технологических, системных, организационно-экономических  принципах построения ТПр, определяющий формальное и семантическое содержание проектных процедур, и позволяющий с высокой степенью автоматичности получать описания ТПр на различных уровнях декомпозиции процесса проектирования.

4. Обоснован и сформирован комплекс интервальных критериев,  позволяющий сократить  пространство поиска решений на всех уровнях процесса технологического проектирования. Комплексы критериев модифицируются в зависимости от целевой функции производственной системы, и количественно определяются параметрами синтезированного технологического решения данного уровня и параметрами загрузки оборудования, необходимого для его реализации. Это избавляет от необходимости детальной проработки решений для их оценки целевой функцией в параметрах решения нижнего уровня.

5. Представлена развернутая иерархическая система формальных правил автоматизированного проектирования технологических процессов в САПР ТП, позволяющая производить разработку новой и доработку спроектированной ранее технологии, начиная со строго определенного уровня процесса проектирования. Предложен способ непосредственного перехода от известных системных характеристик детали  к системным характеристикам  технологического решения определенного уровня из числа спроектированных ранее.

6. Представлены и обоснованы формальные  проектные процедуры в АССП, позволяющие автоматизировать:  процессы принятия решений на различных этапах сопровождения выпуска приборов на основе распознавания и оценки ситуации в ТП; переход на следующие этапы и реализацию обратных связей при планировании; выработку управляющих воздействий по результатам анализа данных диспетчирования.

7. Разработаны иерархические системы (глобальный-внутренний-частный приоритет) динамичных приоритетных правил, определяющие формальные процедуры формирования календарного плана-графика прохождения деталей по операциям в технологических подразделениях. Выбор конкретной системы частных приоритетов осуществляется на основе анализа текущей ситуации в технологических подразделениях, переназначение глобальных и внутренних приоритетов при переходе в последующие интервалы оперативного планирования  производится автоматически.

8. Представлена методика диспетчирования технологических процессов механической обработки на основе нечетких множеств, пригодная для реализации в подразделениях с числом рабочих мест до 30-ти,  показаны входные параметры и способ определения их числовых значений, выходные переменные и их размерность, система нечетких правил вывода.

9. Разработаны и переданы в эксплуатацию методики и программные средства, защищенные свидетельством о регистрации программ для ЭВМ, обеспечивающие интеллектуализацию и  автоматизацию комплексных задач разработки технологических процессов и  сопровождения производства изделий в геофизическом приборостроении.

  На защиту выносятся:

1. Совокупность теоретико-множественных моделей  производственной системы, САПР ТП и АССП, построенных на основе системных отношений и категорий часть-целое, система-подсистема, лцелостность-разобщенность, внешняя среда, подчиненность целей,  позволяющая получить новые системные свойства при проектировании ТПр и сопровождении производства изделий, и определяющая функции, структуры, информационные связи и параметры решений в САПР ТП и АССП.

2. Методика представления процесса проектирования (ПП) в САПР ТП, включающая: способ декомпозиции ПП на уровни; способ организации проектных процедур; способ критериальной оценки в параметрах проектируемого объекта рассматриваемого уровня и технологических подразделений; способ представления знаний; модели технологических подразделений, реализующих ТПр, модели ТПр на уровнях декомпозиции; механизм накопления знаний.

3. Формальная  система проектных функций и моделей, позволяющая преобразовывать информационное описание состояния детали, соответствующее заготовке, в описание состояния, соответствующее готовой детали. Система продукций основана на: иерархическом комплексе системно-технологических закономерностей, отражающих экономические, организационные и технологические принципы проектирования ТПр и системную интеграцию агентов в ПС; генерации  множества вариантов; реализации связей с другими агентами ПС.

4. Методика автоматизированного сопровождения на основе системы формальных моделей для автоматизированного построения объемных, календарных, оперативных планов и диспетчирования, обеспечивающая эффективное сопровождение процессов изготовления деталей и  отражающая иерархию процессов планирования и управления в организации.  Методика основана: на анализе и распознавании текущего состояния в ПС; на анализе и выборе приоритетных схем прохождения деталей по операциям; на реализации обратных связей на всех уровнях сопровождения и связей с  другими агентами ПС.

5. Методика автоматизированного формирования и выбора иерархических приоритетных схем для построения календарных планов-графиков прохождения деталей по операциям на основе соотношения разряд-группа-вид работ и распознавания ситуации в ТП, отражающая иерархию целей в производственной системе.

6. Методика проведения проектных работ и использования программных средств, распределение функций в рамках ПС, САПР ТП и АССП.

Связь работы с научными темами и программами.  Результаты  работ получены в ходе проведения хоздоговорных НИР: с ОАО Бежецксельмаш (г.Бежецк) по теме Автоматизация проектирования технологических процессов (1986-1988 гг.), с ОАО Тверской экскаватор (г.Тверь) по теме Повышение эффективности проектирования технологий (1985-1987 гг.), с администрацией области по темам Разработка компьютерных технологий проектирования технологических процессов (1999 г.) и Разработка компьтерных технологий размерного анализа (2001 г.); госбюджетных НИР Тверского государственного технического университета л Разработка проекта учебной САПР ТП для ГПС (1995- 2003гг.), Разработка программных средств размерного анализа конструкций (2002-2004), Разработка программных средств размерного анализа технологических процессов (2005-2007), Разработка автоматизированной системы проектирования и управления технологическими процессами (2008-2010 гг.); НИР в рамках федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России в 2008-2013 годах.

Апробация работы. Результаты работ докладывались и обсуждались на Республиканских научно-технических конференциях Усовершенствование технологической подготовки машиностроительных и приборостроительных предприятий с применением средств вычислительной техники (г. Таллин, 1979), Автоматизация проектирования и производства с применением ЭВМ и числового программного управления в машино- и  приборостроении (г. Таллин, 1984) и Создание гибких комплексов в машиностроении на базе станков с ЧПУ и промышленных роботов (г. Киев, 1985), научно-технической конференции Проблемы и эксплуатация гибких производственных систем (г. Саранск, 1986), межреспубликанской научно-технической конференции Проблемы автоматизации технологических процессов в машиностроении (г. Волгоград, 1989), Юбилейной научно-технической конференции (г.Тверь, 1998), на региональной  научно - технической конференции Современные проблемы развития и совершенствования учебного процесса (г. Самара, 2000), научно- практической конференции Актуальные проблемы развития машиностроительного комплекса тверского региона (г. Тверь, 2001), двенадцатой национальной конференции по искусственному интеллекту с международным участием (г.Тверь, Россия, 2010).

Внедрение результатов.  Результаты работ  внедрены и используются при проектировании технологических процессов, сопровождении и управлении технологическими процессами в ООО Нефтегазгеофизика (г. Тверь), Научно-производственном филиале Центргеофизика  ООО Георесурс (ОАО л Газпром, г. Кимры), ОАО Научно-производственной фирме Геофизика (г. Уфа), ОАО Исток (г.Тверь), ОАО Тверской экскаватор (г. Тверь).

Научные и практические результаты переданы в эксплуатацию и используются  при выполнении НИР, подготовке специалистов и магистров по направлениям Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств и Автоматизация и управления  в Тверском  государственном техническом университете.

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 40 печатных  научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 361 странице машинописного текста, включающих 121 рисунок, 11 таблиц, 5 приложений, список использованной литературы (251 наименование).

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,  в историческом плане рассмотрены  этапы научных исследований в  области  создания методологии проектирования технологических процессов (ТПр) и  САПР ТП,  управления работой технологических подразделений (ТП). Сформулированы основные теоретические положения, выносимые на защиту и определяющие научную новизну. Приводится краткое содержание работы по главам.

В первой главе осуществляется обоснование актуальности исследования в области разработки САПР ТП и АССП в геофизическом приборостроении (ГФП).

К настоящему времени доля предприятий единичного  и мелкосерийного производства (к которым относилось и относится геофизическое приборостроение) в России и за рубежом увеличилась до 35-40%  с  5-10% в середине 80-х годов. Значительная  часть предприятий ГФП, в связи со спецификой изделий, занята выпуском своих разработок, отличающихся высокой наукоемкостью, и успешно конкурирующих с зарубежными. Предприятия ГФП, как представители единичного и мелкосерийного производства, оказались в стороне от вопросов совершенствования технологической подготовки производства (ТПП) и управления, и научных разработок, касающиеся этих вопросов. Отличительными чертами ГФП, позволяющими его выделить в единичном и мелкосерийном производстве, являются следующие: 1) высокая наукоемкость и стоимость изделий, практически вновь полностью разрабатываемых и изготавливаемых фирмой;  2) сложность и трудоемкость деталей и  ТПр, определяемые специфичностью конструкторско-технологических параметров изделий и их служебным назначением (высокая температура и давление, агрессивные среды); 3) весьма ожидаемы конструктивные изменения в процессе изготовления, что влечет корректировку сроков и планов; 4) высокая технологическая сложность и разнообразие  изделий приводит к выполнению части операций и ТПр на стороне; 5) цикл изготовления прерывается не только работами, выполняемыми на стороне, но и работами, выполняемыми вне ТП фирмы (метрология узлов и приборов, монтаж электроники, испытания в термобарокамере), поэтому велико влияние случайных временных факторов на длительность изготовления; 6) зависимость сроков изготовления от своевременности поставок (в т.ч. и зарубежных) по изменяемой номенклатуре; 7) необходимость реализации разнообразных, иногда повторяющихся, технологических методов на разных этапах ТПр; 8) недопустимость отступления от организационно-технологического проектирования ТПр,  что  приведет к увеличению стоимости, сроков изготовления и снижению конкурентоспособности изделий.

Планы предприятий в течение года постоянно накапливаются, что заставляет пересматривать календарные сроки изготовления приборов по контрактам. Контракты разнятся по целевым установкам их выполнения (с минимальной себестоимостью, в минимальные сроки и т.д.). Ситуация в ТП динамична, что заставляет менять правила разработки ТПр. Следовательно, ТПП и управление ТПр следует рассматривать, как интегрированную организационно - технологическую задачу. Рассмотрены характеристики ТП и организационно-функциональная структура ПС. Проанализирована номенклатура изделий и деталей, изготавливаемых в ПС, технология их механической обработки, ведущаяся, в основном, на оборудовании токарной, фрезерной, координатной, долбежной и шлифовальной групп.

В настоящее время  рынок программных средств представлен разнообразными системами, обеспечивающих автоматизацию ТПП (CAD/CAM/CAE системы). Наиболее часто используемыми  САПР ТП среднего уровня являются разработки компаний: отечественных -  АСКОН (Компас), Топ Системы (T-Flex), СПРУТ - технология, Вектор-Альянс (ТехноПРО), Omega ADEM Technologies (АДЕМ), ЗАО Русская Промышленная Компания (EdgeСАМ) и др.; зарубежных - НПП ИНТЕРМЕХ (TEXCARD), SolidEdge, PowerSolutions, Consistent Software (Technology CS). Анализ показал, что системы предназначены для серийного производства, не имеют выраженной иерархии, обеспечивают невысокую степень формализации проектирования, в автоматическом режиме решаются расчетные задачи, проектирование по методу типизации и формирование документации. Практически не имеется серьезных элементов оптимизации ТПр и управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ, не реализуются связи с системами управления. Время разработки ТПр деталей средней сложности сокращено с  20-40 до 4-8 часов, что явно недостаточно для  ГФП. Системы верхнего уровня (Pro/ENGINEER, CATIA и Unigraphics) имеют мощное геометрическое ядро, средства для расчета конструкций и их элементов, позволяют несколько сократить сроки подготовки УП, однако обозначенные проблемные области при проектировании ТПр не ликвидированы.

В работах (В.А. Брюхов, А.М. Гильман, Г.К. Горанский, Н.М. Капустин, В.Г. Митрофанов, В.В. Павлов, Ю.М. Соломенцева, К.А. Тинн В.П.  и др.) был решен комплекс частных задач технологического проектирования - расчета режимов резания, норм времени, припусков, оптимизации маршрута обработки поверхности, построения операций на ряде типов оборудования, проектирования маршрутов на основе типизации и т.д.  Подход к разработке ТПр на основе  декомпозиции впервые предложен В.Д. Цветковым, и ограничился анализом некоторых закономерностей проектирования ТПр для крупносерийного и серийного производства. Развитие методологии  системного подхода к проектированию технических систем исследовано в работах Н.М. Капустина, И.П. Норенкова, В.А.Камаева,  В.Д. Цветкова и др. Подход к созданию интеллектуальных САПР ТП, основанный на доказательстве теорем, был впервые предложен  Н.Г. Буевичем, И.В. Бобровой и Б.Б.Челищевым. Однако его практическая реализация оказалось проблематичной. Реализация элементов искусственного интеллекта в САПР ТП показана в исследованиях В.И. Аверченкова, Г.Б. Евгенева,  А.Р. Денисова, П.В.Казакова, А.И. Кондакова, В.Г. Митрофанова и др. Предложены интеллектуальные алгоритмы выполнения ряда этапов проектирования ТПр. В  работах вопросы построения САПР ТП рассмотрены применительно к условиям серийного и массового производства,  проектирование ТПр рассматривается, как чисто технологическая (а не организационно-технологическая) задача, степень формализации проектных процедур недостаточна. Критерии оценки промежуточных решений при декомпозиции (или при решении частных) задач не связаны между собой, и не вытекают из целевой функции ПС, оценка выполняется в параметрах последнего уровня, а не рассматриваемого, для проектирования используются лишь технологические закономерности.

  Организационно-экономические принципы управления производством и бережливого производства исследованы достаточно подробно (Акофф Л., О.П. Беляева, В.Н. Васильев, Т.А., Вумек Д., Джорж А., Т.А. Егорова, Н.Л. Зайцев, В.Г. Самойлович, Тейлор Ф., Файоль А. и др.). Математические аспекты разработки расписаний обработки деталей в ТП (конвейерная задача теории расписаний), исследована в работах (Конвей Р.В., М.Х. Прилуцкий, Стайглиц К., Л.И. Смоляр, В.С. Танаев и др.), практическая реализация моделей сложна и основана на упорядочении перебора. Задачи управления ТП различного уровня (управление станком, группой станков), представленными различными типами оборудования, рассмотрены в трудах (В.О. Абзель,  М.Х. Блехерман, Д.А. Гаврилов, И.М. Макаров, Г.В. Орловский, Ю.М. Соломенцев, Султан-заде Н.М, Хокс Б. и др.). Отмечается возможность использования приоритетов при запуске.  Не умаляя важности данных исследований, можно отметить, что в них: а) рассмотрено управление ТП при жестких объемных и календарных планах, что не характерно для ГФП; б) управление ведется без обратной связи по загрузке оборудования; в) система управления рассматривается в отрыве от проектирования ТПр; г) управление не отражает необходимости взаимосвязи  всех видов планов, что крайне важно для рассматриваемых ПС. Такие промышленные системы  управления ресурсами и планирования предприятием (ERP, MRP-2, Scada) разного уровня, как Галактика, IFS Applications, Омега, МfgPro, Axapta и др. направлены на обслуживание серийного и крупносерийного производства, не имеют возможностей расчета циклов,  календарных планов - графиков  и  оперативной корректировки объемных и календарных планов (рассчитываются лишь мощности ТП и рабочих центров), что крайне важно для предприятий ГФП, работающих в условиях постоянного накопления контрактов.

Морфологический подход (Холл Дж.) к процессу проектирования (ПП) исследует его,  как метод логической организации идей. В работах (Диксон Дж., Мартин Д., Дитрих Я., Гаспарский В. и др.) проектирование рассматривается, как информационная подготовка некоторого изменения, как Упланирование изменений в объектахФ. Отмечается необходимость системной концепции при рассмотрении ПП. В систему ПП входит то, что проектируется, и проектировщик. Отмечается, что для конкретных задач на базе общей методологии проектирования необходимо разрабатывать частные (специальные) методики, отличающиеся используемыми в них приемами решения и типами проектируемых объектов. Подчеркивается (Н.М. Капустин, В.Д. Цветков, С.Л. Оптнер и др.), что проектирование  ТПр относится к случаю сложных индетерминированных задач, характеринзующихся недостаточностью начальной информации. Одним из методов преодоления этих трудностей является многоуровневая декомпозиция в сочетании с итерационными алгоритмами решения задач на каждом уровне (Н.М. Капустин, Месарович М., В.Д. Цветков). Следовательно, несмотря на то, что в любом ПП есть элемент, вносимый проектировщиком,  он должен опираться на научные основы, а не только на опыт.

Большие возможности открывает использование элементов искусственного интеллекта (ИИ)  при разработке решающих систем. Основы подхода заложены работами Заде Л., Нильсона Н., Э.В. Попова, Д.А. Поспелова, Слэйгла Дж., Г.Р. Фирдмана, Фогеля Л., Эндрю А. и др. Показаны основные подходы к проблеме создания ИИ. Введены понятия о предметной области, знания о которой включают описание объектов, явлений и фактов, а также отношений между ними.  В области производства (Д.П. Ким, В.М. Назаретов) выделены основные сферы использования систем ИИ: проектирование и управление производством. Рассматриваются вопросы (Бесакер Р., Мендельсон Э., Э.В. Попов, Г.Р. Фирдман) представления задач в пространстве состояний. Такое представление может быть применено к иерархическому представлению технологических и управленческих задач. В работах (В.Н. Вагин, А.П. Еремеев, М.Г. Матвеев, Г.В. Рыбина и др.)  исследованы способы представления знаний в интеллектуальных системах. Отмечается широкое использование (более 80%)  продукционных моделей, что объясняется их наглядностью, простотой  логического вывода и внесения изменений. Интересными представляются способы управления объектами на основе нечеткого управления (Заде Л. и др.).

Задача повышения конкурентоспособности изделий ГФП связана с интеграцией процессов проектирования, производства, исследования рынка. Этому посвящены работы (И.П. Норенков, М.Ф. Овсянников и др.) по реализации принципов CALS-технологий.  Введено понятие автоматизированной системы сопровождения производства изделий (АССП), информационно интегрированной с САПР ТП и системой управления организации, и выполняющей функции разработки и корректировки объемной и временной структур планов, КПГ и диспетчирования ТПр. Дана постановка цели и задач исследования.

Во второй главе  исследованы системные характеристики, структура и база знаний производственной системы (ПС) на основе  методологии системного подхода  (А.А. Денисов, Месарович М., С.А. Саркисян и др.). В ПС размер партии изделий обычно не превышает 5-6 шт., технологическое оборудования установлено по группам, запуск изделий в производство позаказный. Управление заказами, распределение операций по оборудованию производится мастерами на основе собственного опыта в соответствии с директивами руководителя ПС. Планирование и диспетчирование на основании неточных норм времени осуществляется далеко не оптимальным способом, поэтому нередки случаи приостановки выполнения одних заказов и запуск других. Обосновыван состав элементов и функции ПС. Соблюден принцип целостности, предполагающий рассмотрение ПС частично обособленной от внешней системы, т.к. она имеет свои специфические закономерности функционирования и свою структуру. Определена цель функционирования ПС -  осуществление  ТПП и выполнение ТПр изготовления изделий в директивные сроки в соответствии с  критериями системы управления организацией (СУО). В соответствии с принципом соответствия структуры системы целям определен состав элементов ПС. В составе ПС  ГФП должны быть: проектные подразделения, выполняющие ТПП; контролирующие подразделения, определяющие степень соответствия изделий требованиям чертежа; управляющие подразделений, осуществляющие координацию работ по времени, объемное и календарное планирование, оперативное управление, подготовку отчетов. ТП, выпускающие изделий, являются управляемыми. Выявлены и проанализированы связи подразделений в рамках ПС, и с внешними, по отношению к ПС, структурами организации. Анализ, выполненный исходя из системных свойств целостности и разобщенности, подтвердил справедливость предложенной структуры ПС. ПС обладает целостным характером функционирования, ее свойства не сводятся к сумме свойств ее элементов. ПС обладает новыми функциями и свойствами, связанными с модификацией решающих правил в проектирующей и управляющей системах в зависимости от состояния в ТП, координацией правил ТПП и запуска изделий. Определены функции элементов ПС, дано их формальное  описание. По  функциональному признаку проектирующее подразделение можно охарактеризовать как САПР ТП,  управляющие подразделения можно трактовать, как АССП. Такая уточненная формулировка функций элементов в свете переработки информационных потоков позволяет перейти к подробному выявлению и анализу их связей.

При системном исследовании связей ПС использовался  макро-и микроподход. Это позволило: оценить место ПС в общей иерархии организации и отследить связи, выделив из них существенные; исследовать информационные связи и последовательность реализации функций элементами ПС.  Задачей было вывесит часть подразделений из понятия Фвнешняя средаФ в силу слабости связей с ПС. Наряду с макро-и-микроподходом, выполнялся анализ ПС как части организации более высокого уровня с одной стороны, а с другой - как интегрального целого ее подсистем (двойственность систем). Исходя из этого,  ПС представлена системами, реализующими отдельные операции. Каждая подсистема должна выполнять определенную составляющую операции,  выход  подсистемы будет являться либо входом в другую подсистему, либо выходом системы в целом. В системном аспекте ПС включает  в качестве составляющих такие понятия, как структура, отношение, состояние, связь, элемент, функция и т.д.  Их учет позволил комплексно подойти к изучению того, как ПС устроена, в каких отношениях и связях находятся ее части, какова функция объекта  в целом и его частей, каков характер взаимодействия с внешней средой.

Рассмотрены связи (информационные, временные и материальные) ПС, как части системы более высокого уровня, с 10-ю типами подразделений в различные этапы ее работы (все виды связей, при подготовке запуска, в процессе сопровождения выпуска).  Наличие связей с внешней средой обуславливается функциональной целостностью и обособленностью ПС. Моделью, отражающей множественные связи  ПС с подразделениями внешней среды, является мультиграф Н(Q,V). Множеству его вершин соответствует ПС и взаимодействующие с ней системы внешней среды  , а множеству дуг V - связи и отношения между ними. В различные этапы работы ПС часть связей отбрасывается, как не имеющая отношения непосредственно к проектированию ТПр и сопровождению изготовления изделий. Связи заменялись соответствующей входной информацией. Это позволило  представить ПС, как систему, определяемую пятеркой своих характеристик:

,  (1)

где   - связи ПС со внешней средой; - набор выполняемых системой функций; - структура системы; - совокупность функциональных и структурных свойств ПС, определяемых составом ее элементов; - история функционирования и развития системы. Выполнен анализ связей элементов ПС в процессе сопровождения выпуска. Осуществлен  переход от понятия элементов к понятию подсистем и их иерархии. САПР ТП имеет высший уровень при сопровождении, т.к. решения САПР ТП содержат маршрутные ТПр, т.е. порядок следования операций, а АССП детализирует их, определяя последовательность  прохождения во времени. Показано,  что такая подчиненность соответствует иерархии принятия решений при сопровождении, учитывает комбинацию методов макро- и микроуправления, помогает осуществлять обратную связь по качеству деталей. Связи с системой управления организации (СУО) важны для формирования планов, но не затрагивают вопросы правил преобразования информации, что подчеркивает необходимость рассмотрения САПР ТП и АССП в рамках ПС, как ее подсистем.

Выполнено исследование  цикла работы ПС на протяжении выполнения одного запуска в изготовление, и нескольких запусков,  необходимое для определения временных связей между этапами конструирования,  ТПП, запуска и изготовления изделий. Проведен анализ структуры и классификация временных затрат, необходимых для выполнения всех видов работ по ТПП и изготовлению изделий запуска в ТП. Это позволило выявить временные связи САПР ТП и АССП при ТПП, планировании и управлении работой ТП.

С целью создания базы знаний исследована структура временных затрат при осуществлении ТПр, выполнен ряд экспериментальных исследований. Показаны организационные способы сокращения общих циклов изготовления изделий и циклов механической обработки. Анализ позволил сформировать и ряд правил запуска деталей в ТП. Выявлены принципы построения ТП, позволившие уточнить способы определения структуры станочного парка исходя из необходимости постепенного уменьшения очередей на выполнение операций.

Разработана теоретико-множественная модель ПС. Управляемые ТП представляемая подсистемами . Подсистема U0  обозначает календарные планы выпуска изделий (т.е. сроки прохождения изделий по технологическим операциям); U1 Ц  оборудование, на котором выполняются технологические операции; U2 - рабочих, выполняющих технологические операции на оборудовании; U3 - загрузку оборудования во времени; U4 - качество изготавливаемых изделий (рис.1). Часть операторов ПС являются агентами, ими выполняется до 4-х функций. Оператор R0  предназначен для управления календарными планами-графиками. Оператор  R1 служит для управления состоянием парка оборудования.

Рис.1. Теоретико-множественная модель ПС

Назначение оператора R2 Цопределение несоответствия между фактической и расчётной численностью рабочих. Оператор (агент) R3 обеспечивает пропорциональную загрузку по типам и группам оборудования.  Оператор R4 управляет качеством выпускаемой продукции. Оператор  С0 выполняет функции: определение значений параметров качества продукции, отражённых в технической документации на изделия;  осуществление синтеза информации о структуре и параметрах ТПр изготовления изделий. Функции оператора  С1: синтез всех видов планов; определение плановой загрузки оборудования; определение множества сроков осуществления технологической подготовки  для различных видов изделий. Подсистема верхнего уровня (оператор  D0) осуществляет: определение параметров численности работающих, оптимальных для выполнения плана; передачу систематизированных сведений в систему высшего уровня о состоянии в ПС, и предпринимаемых действиях. Обоснована общая иерархия ПС (четырехуровневая, операторы D, ,, {Ri}), и при сопровождении работы ТП (трехуровневая, ,,{Ri}). Отметим, что управление осуществляется путём интегрированного воздействия на состояние в  ТП со стороны САПР ТП и АСCП, что  позволяет создавать благоприятные для управления условия (пропорциональность загрузки  оборудования) уже на этапе разработки ТПр. Установлено, что САПР ТП и АСCП во многих случаях используют в своих информационных преобразованиях одни и те же источники входов, а также активно обмениваются информацией. Дано формальное теоретико-множественное описание функций операторов, оговорен способ проектирования каждым из них (автоматический, автоматизированный). Обосновано распределение функций между агентами ПС (-САПР ТП, - АССП) и субъектами (работники ОТК- R4, линейные мастера- Rо- R3 , с участием управленческого персонала ПС-). Обратная связь осуществляется мастерами.

В третьей главе выполнено теоретическое исследование закономерностей принятия решений в подсистемах САПР ТП и АССП с элементами искусственного интеллекта (ИИ). Рассмотрены методологические основы (А.А. Денисов, Месарович М. и др.)  системного подхода в решающих системах (РС). Выявлено, что рациональность процессов переработки информации определяется оптимальностью многоуровневой декомпозиции проектирующих систем, т.к. правила обмена информации напрямую вытекают из структуры РС.  Предложено  при декомпозиции РС исходить из того, что процесс проектирования должен структурно соответствовать (сохранять преемственность) проектируемой технической системе (ТПр и формам его организации, т.е. двум аспектам описания). Условимся называть имеющий свою иерархию процесс переработки информации в РС процессом проектирования (ПП). ТПр механической обработки имеет свою иерархию: укрупненная схема, маршрут обработки детали, технологическая операция, технологический переход и его структура (В.С. Корсаков, А.А. Маталин, Ю.М. Соломенцев и др.). Организационная форма осуществления ТПр предусматривает иерархию: объемное планирование (исходя из мощностей ТП), календарное планирование (временная структура объемного плана), оперативное планирование (календарные планы-графики прохождения деталей по оборудованию), диспетчирование (отслеживание и исключение отклонений от графиков). Обосновано, что при несоответствии иерархии РС иерархии технической, становятся  неэффективными процедуры поиска решений.

Выполнено  исследование ПП в двух аспектах: как элемента системы более высокого порядка (ПС), и как обособленную систему, имеющую свою иерархию (целостность-разобщенность). Во втором случае внимание концентрировалось на связях внутри уровней ПП, и учитывались  связи уровней ПП в САПР ТП или в АССП с внешней средой. Разобщенность  характеризует качественную специфику частей системы, а целостность-выполнение ими общей задачи. Целостность характеризует большую силу и существенность внутренних связей по сравнению с внешней средой, это позволило обосновать выделение САПР ТП и АССП в ПС. Сформулированы основные системные принципы, которые нужно реализовать при формализации ПП в САПР ТП и АССП (преемственность структуры, целостность и разобщенность, взаимосвязь и взаимообусловленность, учет связей с внешней средой). Это позволило описать способы представления информации в САПР ТП и АССП в виде следующих структур: а) иерархической, характеризующей декомпозицию ПП по уровням; б) внешней, в которой ПП представлен в каноническом виде и все связи с внешней средой осуществляются посредством входов и выходов; в) внутренней, показывающей состав элементов ПП и связи между ними;  г) структурной жизненного цикла.

Исследованы системные характеристики ПП и проектируемых объектов  в РС. Т.к. САПР ТП и АССП относятся к категории системных объектов, то системные характеристики (см. форм. 1) имеются и в ПП, осуществляемых ими. В ПП можно выделить функциональные и временные связи, унаследованные от проектируемых объектов. Функциональная структура ПП (для синтеза ТПр, например) определяет частично упорядоченную последовательность информационных преобразований из состояния исходной  заготовки в деталь , и будет характеризоваться графом (А,С), где С - вершины графа, характеризующиеся информационным описанием проектируемого объекта;  А = {i} Цпроцедуры (функции), с помощью которых достигаются состояния Сi. Временная структура  ПП характеризуется графом = (А, W). Множеству вершин графа А={ i } будут соответствовать информационные преобразования, а дугам W ={ i } - отношения, отражающие временные соотношения между процедурами  А. Количество структур следует рационально ограничивать исходя из типов решаемых задач.  Функция  F  каждой из рассмотренной подсистемах заключается в преобразовании информации в соответствие с целями их работы, связи H рассмотрены в главе 2. Установлено, что структура S  ПП  должна характеризовать и  информационные, логические и функциональные связи проектных операций. Иерархическая структура отражает подчиненность задач, способ декомпозиции, последовательность нахождения решения.  Способ декомпозиции (R)  решающей системы Q характеризуется множеством её компонент и их количественной характеристикой, описываемой набором параметров.  Выбор способа декомпозиции должен определяться функциональным признаком, т.е. типом решаемых задач. Информационная структура   отражает информационные взаимоотношения между задачами, определяет условия обмена информацией  между подсистемами и результатами решения. Логико-функциональная структура описывают правила применения проектных функций к решаемым задачам, способ осуществления процедур обучения, модернизации правил принятия решений и накопления знаний - алгоритмы ПП на различных уровнях декомпозиции. Указанные три способа представления РС выполняют триединую задачу: представление всего ПП как подзадач, определяют правила обмена информацией между задачами и правила выполнения проектной процедуры для каждой задачи.

Общая модель ПП в РС, может быть определена двумя типами соотношений. Один из них описывает состав системных характеристик и описание ПП, как системы, и виды его системных характеристик на различных уровнях декомпозиции. Второй тип описания сводится к заданию структур и (или) параметров- синтезируемых элементов проектируемого объекта (ПО) на уровнях декомпозиции. Степень детализации представления ПО определяется уровнем декомпозиции. Атрибуты - связь с внешней средой, функция и история жизненного цикла для ПО не задается, так как относятся к РС. Решения низшего уровня получаются в виде параметров. Компонентами этой структуры являются подсистемы (подсистемы 1-го,..,k-го и т.д. уровней), непосредственно образующие систему.

 

Чем ниже уровень представления ПП, тем более подробно должны быть представлены структуры и (или)  параметры проектируемого  объекта и свойства компонент ПП.  Для решения задач в САПР ТП и АССП  не всегда требуется описание всего набора системных характеристик. Важнейшим является то, в  моделях ПП должно присутствовать описание проектируемого объекта, как пространства поиска решений для РС.

Выявлены способы представления знаний, условий решаемой задачи и  методы синтеза решений в САПР ТП и АССП. При модельном уровне представления знаний классифицируются логические и эвристические модели.  В основе логических моделей (дедуктивных, индуктивных, псевдофизических логик)  лежит понятие формальной системы (теории). В связи со сложностью практической реализации модели не находят широкого практического применения. Для интеллектуальных систем наибольшее практическое использование находят эвристические  модели знаний (продукционные модели, фреймы и семантические сети). Продукционная модель обладает наглядностью, гибкостью, простотой логического вывода и внесением изменений, что делает ее привлекательной для практического применения в рамках данной диссертации.

Выявлены основные методов и этапы решения задач в САПР ТП и АССП с элементами ИИ. Определено, что задачи, решаемые в САПР ТП и АССП, отличаются различным уровнем иерархичности, на разных уровнях ПП используются различные способы описания проектируемых объектов (структурный, параметрический, оба метода), что вызывает  необходимость использования различных типов представления знаний в рамках одной РС. Сделан вывод, что способ представления знаний в РС в рамках определённой предметной области должен отвечать типу, структуре и функциям проектируемого объекта. В САПР ТП и АССП помимо продукционных моделей, знания могут быть представлены в виде аналитических, логических зависимостей, интуитивных знаний проектировщика, а также с помощью табличных, сетевых и перестановочных моделей . Решения задачи в значительной степени определяется формой её формального описания (представления). Наиболее пригодными для формализации задач в подсистемах САПР ТП и АССП являются  представление в пространстве состояний, и представление путем сведения задачи к подзадачам.  Представление задачи в пространстве состояний определяется четвёркой , где Со - множество начальных состояний; С - множество текущих состояний; О - множество операторов отображающих одно состояние в другое; Ск - множество конечных (целевых) состояний. Описание задачи и операторы решения могут удобно представляются графом (деревом), т.к. состояния информационных описаний дискретны в связи с дискретностью ПО, а два одинаковых состояния недостижимы из разных промежуточных вершин.

Предложен механизм принятия решений и накопления знаний в  САПР ТП и АССП. Исходя из сути информационных процедур,  показан единый подход к информационному преобразованию ПО из одного состояния в другое, выполняемому с помощью различных операторов преобразования R (продукции, табличные и т.п. модели, аналитические и другие зависимости, интуиция проектировщика). Обосновано, что проектная функция R должна состоять из двух подмножеств элементов: множества операторов преобразования   и множества  операторов накопления и корректировки знаний : Анализируя способы, объекты и субъекты преобразования информации в САПР ТП и АССП,  сделано заключение, что функция преобразования  должна состоять из подфункций 3-х видов, где ЛФ, ОФ, ИФ - множество логических, оптимизационных и интуитивных подфункций. Первые их два вида функций формируют продукции. Дано математическое описание каждого вида функций. Соотношение ЛФ, ОФ, ИФ  в функции  различно для каждого конкретного ПП и определяется уровнем типизации ПП, динамикой ПС, динамикой жизненного цикла РС и степенью формальности знаний, отражающих исследованность ПО.  Сформулированы общие принципы к  формированию критериев и целевых функций на уровнях декомпозиции ПП. Даны основные выводы по главе.

Четвертая глава посвящена формализации методов автоматизированного проектирования ТПр в САПР ТП. Сформулированы функции САПР ТП- разработка ТПр механической обработки и управляющих (УП) для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) для условий ГФП. Содержание задач уровней декомпозиции процессов проектирования в САПР ТП должно  соответствовать стандартам технологической подготовки производства (ГОСТ Р 50995.3.1.- 96).

Обосновано, что  что проектирование ТПр является малоформализованной, многовариантной организационно-технологической  и экономической задачей, решаемой в условиях информационной неопределенности. Эффективным способом преодоления указанных проблем  является  предложенный в работе методологический подход, основанный на следующих принципах: 1) реализация системного подхода, рассматривающего процесс технологического  проектирования (ПТП) в САПР ТП как многоагентную иерархическую систему, а САПР ТП как  агент ПС; 2) введение элементов ИИ; 3) информационная интеграция с АССП; 4) декомпозиция  ПТП и критериальная оценка  решений на каждом уровне; 5) накопление опыта проектирования (обучение); 6) интеграция в единое информационное пространство. Учитывая комплексный характер задачи, предложена новая информационная модель ТП. Технические ограничения (ТО), параметры информационного состояния ТП (ПСТП) и изделия на  q-м уровне ПТП, технико-экономические ограничения (ТЭО)  представляют модель ТП (), в рамках которой реализуется ТПр:. В качестве параметров состояния ТП  следует использовать загрузку оборудования по типам и группам.

, где ,,-заданные величины себестоимости, производительности и цикла изготовления. В приведенных выше работах в области САПР ТП модель ТП ограничивалась ТО. Обоснованы правила выбора целевых функций (ЦФ) и перевода ограничений в разряд ЦФ. Параметры  необходимы для сравнения этого состояния с фактическим , что при неоднократном  совпадении позволит непосредственно переходить от соответствующего исходного информационного описания состояния детали к требуемому (обучение), не применяя операций синтеза.

Исходя из соотношения целостность - разобщенность, предлагается  декомпозиция ПТП на уровни, на каждом из которых  решается конкретная задача. Декомпозиция, как подход, показана в трудах  Н.М. Капустина, В.Д. Цветкова и др., но обоснования способа декомпозиции не предложено. В работе выявлены принципы декомпозиции ПТП: 1) декомпозиция не должна нарушать смыслового содержания этапов решений; 2) уровни должны иметь законченное смысловое значение для обеспечения возможности  критериальной оценки и отбора вариантов; 3) глубина декомпозиции должна учитывать возможность корректной оценки  решения с помощью целевой функции, пригодна для использования рабочими на универсальном оборудовании и разработки УП для станков с ЧПУ; 4) степень детализации решений должна постепенно возрастать. Уровнями ПТП в условиях ГФП должны являться: 1) проектирование укрупненной схемы (УС) ТПр; 2) проектирование маршрута (М) обработки деталей; 3) проектирование операции (ОП); 3) расчет режимов резания (РР) и разработка УП для станков с ЧПУ. Этот факт подтверждается методологией и опытом проектирования ТПр. Многоуровневые модели поиска решений, рассмотренные в ряде работ (Н.М. Капустин, А.И. Кондаков,  В.Д. Цветков и др.), основаны на оценке промежуточных решений в параметрах решения последнего уровня; критерии системно слабо увязаны между собой,  не вытекают из целевой функции ПС; модели не отражают необходимость накопления и обобщения информации; проектирование ведется, как чисто технологическое. Предлагаемый в работе способ организации проектных процедур (рис.2) лишен указанных недостатков. Модель представлена применительно к выявленной иерархии ПТП в условиях ГФП,  и отражает особенности систем с элементами ИИ. На каждом уровне, наряду с синтезом решений, производится накопление (Н) и обобщение (О) опыта проектирования и  отбора решений.

Рис.2. Модель ПТП с накоплением и обобщением опыта

Следующей особенностью является наличие в модели накопления опыта (Нтп) реализации решений в ТП. В отдельную часть вынесена подсистема формирования критериев (ПКО) отбора окончательных и промежуточных решений. Ее выделение вызвано тем, что при изменении ЦФ (F) ТПр должны меняться и критерии отбора решений (F1 F3),  системно увязанные с F. ЦФ F задается системой управления организации (СУО), а вся совокупность критериев анализируется с позиции результатов, полученных в ТП. Уточнение критериев на промежуточных уровнях  проводится с учётом опыта оценки решений, полученных в более детализированном виде на последующих. Выделение ПКО в отдельный элемент необходимо и с позиции системного подхода к управлению. Следовательно, можно говорить о ПКО, как о подсистеме высшего уровня по отношению к подсистемам, синтезирующим ТПр. Процедуры накопления и обобщения на основе анализа работы ТП состоят в сравнении информационных моделей ТПр и их фактических параметров. Еще одна особенность модели - наличие обратной связи по фактическому состоянию ТП, что позволит производить модификацию процедур синтеза ТПр. Разработана теоретико-множественная модель САПР ТП (рис.3), позволившая учесть необходимые информационные связи при синтезе структур и параметров ТПр, и формально описать процедуры, выполняемые системой. Операторы (агенты)   выполняют синтез ТПр на 4-х уровнях, а - накопление информации по УС, М, ОП  и  УП. Оператор  осуществляет  функцию накопления фактических параметров изделий после реализации ТП. Агенты аЦаподсистема обобщения информации по проектированию и реализации ТПр. Агент служит для обобщения, уточнения и перестройки критериев отбора, т.е. реализует сторону  процесса обучения, связанную с оценкой  вариантов ТПр. Агенты , и   реализуют процесс обучения, связанный с синтезом новых  правил проектирования.

В работах Н.М. Капустина, В.Д. Цветкова и др. отмечается, что ПТП включает ряд этапов, однако их формального представления не дано. Для сохранения смыслового содержания ПТП,  и возможности его оценки пользователем САПР, процедуры разработки ТПр должны соответствовать логике принятия решений проектировщиком, основанной на подходе Уанализ-синтезФ.

Рис.3. Теоретико-множественная модель САПР ТП

Учитывая, что формальные процедуры в САПР ТП характеризуются четкой определенностью и чередованием этапов,  то каждый из них представлен последовательностью Фсинтез-моделирование-анализ-корректировкаФ (лс-м-а-к). На каждом уровне моделируется один и тот же набор характеристик ТПр, а этап УанализФ выполнятся критериями, вытекающими из общей целевой функции ТПр. Набор моделей, используемых  на уровнях ПП, должен позволять: оценивать ожидаемую точность обработки отдельных поверхностей и детали в целом; рассчитывать ориентировочные времена и себестоимость обработки отдельных поверхностей и детали в целом; определять производительность обработки и циклы изготовления партий деталей.

Реализация возможностей продукционных моделей позволила  осуществить проектирование ТПр путём построения на основе выявленных  основополагающих системно- технологических закономерностей (СТЗ) правил (продукций), позволяющих  описать суть процедур синтеза, оптимизации и выбора решений в САПР ТП на всех уровнях :

Исходные СТЗ отражают фундаментальные технологические (ТЗ), организационно-экономические (ОЭЗ) и системные  закономерности (СЗ) синтеза ТПр в условиях ГФП. На основе исходных СТЗ раскрывается четырехуровневая система продукций,  являющаяся  основой для построения алгоритмов в САПР ТП. Верхний уровень (нулевой) системы представляет множество исходных СТЗо. На основе формируется ряд промежуточных (1-го  уровня) СТЗ1. На основе  СТЗ1 логическим выводом формируются подусловия (решающие правила ) и продукции синтеза технологических решений ТР1 1-го уровня. Далее, анализом и СТЗ1 выведены СТЗ2 , получены правила П2, определяющие решения ТР2 второго уровня и т.д. Процедура продолжается до получения  продукций, определяющих функцию, структуру и параметры ТПр нужной детализации в рамках модели ТП:

Семантическая связанность СТЗ и продукций  различных уровней позволяет осуществлять ПТП как единое целое, а не как реализацию отдельных методик, объединенных в единый информационный процесс. Разработанная система продукционных моделей обеспечивает с учетом состояния ТП формальный синтез единичных ТПр, синтез на основе типизации и процесса-аналога.

Обоснована возможность оценки промежуточных решений интервальными критериями, функционально выражаемыми через параметры решений анализируемого уровня и параметры состояния ТП. Сформулированы принципы формирования систем критериальных оценок (комплексность; количественный вид;  отражение основных структурных, параметрических и системных свойства ТПр; модифицируемость; иерархичность; соответствие смысловому содержанию уровня; обеспечение получение решений в постепенно сужающихся пространствах поиска).  Предложены системы критериев на каждом из 4-х уровнях декомпозиции, определяемые видом глобальной целевой функцией ТПр (минимум себестоимости изготовления, минимум цикла изготовления, максимум производительности). Критерии сформированы по принципу справедливой относительной уступки,  в виде произведения локальных критериев, и имеют интервальный вид: (i - номер yровеня, j - вид ЦФ); ,  , (,- загрузка оборудования типа (группы)  l, используемого в ТПр, и средняя по ТП; - параметры ТПр i-го уровня декомпозиции). Определен вид функций f и  f , состав параметров и значения границ интервалов и .

В работах (Е.А. Загоруйко, Н.М. Капустин, И.А. Кравченко и др.) рассмотрена оптимизация структур станочных операций. Применены различные методы оптимизации, переходы в операциях зачастую считаются независимыми. В диссертации показано, что для используемого в ГФП оборудования (универсального токарного, фрезерного; станков с ЧПУ и т.д.), может быть применен единый подход, основанный на анализе затрат основного и  (или) вспомогательного технологического времени, считая 1. Показаны формальные правила оптимизации для случаев снятия напусков и припусков. Для случая зависимых переходов обычно (при минимизации вспомогательного времени)  используется (Н.М. Капустин)  метод динамического программирования Беллмана. Для применения единого подхода на основе метода Беллмана доказано положение (имеет 3-и следствия)-лсреди оптимальных последовательностей обработки всегда будет такая, в которой переходы, выполняемые одним инструментом, следуют одним за другим, позволившее  разработать продукционные модели для синтеза и оптимизации временных структур операций. 

В ряде работ (Н.М. Капустин, И.П. Норенков, В.Д. Цветков и др.)  отмечается о необходимости введения процедур обучения в САПР ТП, но формального подхода не предложено. Рассмотрены процедуры накопления и обобщения опыта применения критериев при разработке ТПр. Каждое технологическое решение соответствующего уровня декомпозиции запоминается с определенным множеством  признаков детали , включающих множества структур и параметров детали, и организационно-производственных признаков , определяющих организационные и производственные условия выполнения ТПр, ЦФ, оборудование, инструмент, оснастку:

Для  каждого вида решения ТРi накапливаются множества , обобщением которых получается технологический образ О. Выявляется интервал технологических решений, , соответствующий одному и тому же образу. Технологический образ получается обобщением опыта: , и характеризуется определенными интервалами допустимых значений параметров и структур {МП} и {ОРП}:

, где - множество номеров и названий детали, для которых проектировались ТПр. Параметры и структуры решений , проверенных  в ТП, должны принадлежать параметрам образа О: , в этом случае решение считается достоверным. Полное позволяет непосредственно выбирать любого уровня. Определен состав элементов в множествах .

Выявлены процедуры накопления и обобщения опыта применения критериев при разработке ТПр:

,  где   - наборы множества критериев, - множество системных характеристик ТПр,- множество технико-экономических  показателей ТПр ; -изменение критериев, соответствующее .  Предлагаемое формальное представление процесса проектирования позволяет синтезировать структуры и  параметры ТПр согласно требованиям технологической документации ( ГОСТ 3.1119-83, ГОСТ 3.1121-84). Содержание задач уровней соответствует стандартам технологической подготовки производства (ГОСТ Р 50995.3.1.- 96).

В пятой главе показана  формализация проектных процедур в АССП. Сформулированы функции АССП - синтез и корректировка (сопровождение планирования производства) объемных, календарных и оперативных календарных планов-графиков (КПГ) для ТП, диспетчирование  и выработка управленческих решений (сопровождение производства) на основе анализа результатов диспетчирования. Таким, образом, сопровождения выполняется при планировании производства и выпуске изделий.

С учетом общих закономерностей планирования и управления (Акофф Л., В.Н. Васильев, Т.А., Вумек Д., Т.А. Егорова, В.Г. Самойлович, Тейлор Ф., Файоль А. и др.), были сформулированы принципы создания АССП в условиях ГФП (системное единство и взаимосвязь, соответствие иерархии планов в АССП  планам организации, непрерывность и оперативность, обеспечение резервов, участие человека, комплексности и информационной интеграции с САПР ТП). Исходными данными  для работы АССП являются: а) планы по реализации продукции, составленные согласно заключенным договорам; б) данные от САПР ТП по трудоёмкостям и станкоёмкостям приборов. Для исследования работы АССП  разработана ее теоретико-множественная модель (рис.4), позволившая интегрировать процедуры объемного, календарного, оперативного планирования и диспетчирования.

Рис.4. Теоретико-множественная модель АССП

ТП являются управляемыми АССП подсистемами, состоящими из различных подсистем  - участков, и осуществляют преобразование предметов производства в соответствии с алгоритмами (технологической документацией), задаваемыми  командами операторами . реализуются мастерами, предназначены для контроля  технологической дисциплины,  управления работой  непосредственно на рабочих местах и получения информации о ходе работ. Функции подсистемы Р связаны с оценкой  выполнения КПГ по всем участкам () ТП в целом (Р1), и передачей данной  информации () агенту С. Функции агента В связана с разработкой  множеств параметров (, ) характеризующих КПГ для операторов и Р (); определения отличия фактического КПГ от задаваемого множеством параметров L2 (), и фактическую загрузку оборудования по типам и группам оборудования участков ТП (). Функции агента О (объемное и календарное планирование): определяет исходные параметры () для расчёта КПГ; - отклонения от задаваемого объемного плана . Подсистема управления (С) реализует следующие функции: определение объемного плана для подсистемы О (3 разновидности подфункций -первичный расчет и итерации); выработка управляющего воздействия L2 на агента В (имеет 3 подфункции, первичный расчет и итерации); осуществляет обратную связь с СУО по отклонениям  от планового задания по срокам  и номенклатуре изделий на основе анализа , и ; прямое управление L3 работой операторов с целью приведения КПГ в норму. В АССП реализованы три вида обратных связей: по объемному плану, КПГ и диспетчированию ТП. АССП имеет обратную связь с САПР ТП и осуществляет общую обратную связь () с СУО. Анализ связей в модели позволил формализовать с помощью продукционных моделей процедуры принятия решений при синтезе объемных и календарных планов, КПГ и диспетчировании. На основе распознавания ситуации при синтезе планов предложены  формальные процедуры их разработки, определены условия перехода к следующему уровню планов, и возврата на предыдущий. Условия определяются путем анализа соотношений длительности циклов и сроков выполнения заказов, станкоемкостей работ по типам и (или) группам оборудования  и фондов времени.  Для синтеза КПГ (оперативные планы) предложено использовать приоритетные схемы. В работах (М.Х. Блехерман,  А.П. Гусев, Зиммерс М,  И.М. Макаров, Г.Б. Орловский,  В.А. Петрова,  В.Г. Раппопорт и др.) показано использование некоторых приоритетов при прохождении деталей по рабочим местам, но комплексно данный вопрос не исследован.

Выявлены принципы формирования систем приоритетов (иерархичность, целевая направленность-соответствие целям функционирования организации и иерархии организации, ситуативность-учет параметров состояния ТП при выборе приоритетных схем, постоянство действия важнейших приоритетов, отражающих  смысл функционирования ПС, вариабельность- наложение вариативных приоритетов на постоянные). Обосновано и сформировано 11 систем иерархических приоритетных схем (ПРС), выбираемых продукционными моделями знаний на основе формального распознавания и анализа ситуации в ТП (загрузки оборудования по ходу основного детале-потока, длительности и числа операций в маршрутах запускаемых деталей, времени поступления деталей, наличия свободного оборудования, длительности первой следующей операции и т.д.). Каждая ПРС (рис.5) имеет иерархию приоритетов: глобальный (разряды работ), внутренний (группы работ в пределах разряда), частный (виды работ в пределах группы).

Рис.5. Иерархия приоритетов

Разработаны правила переназначения приоритетов при переходе в следующие интервалы оперативного планирования (ИОП).  Обоснован критерий разработки КПГ- минимальный совокупный цикл изготовления запускаемых в обработку партий деталей.  Для использования приоритетных схем уточнена постановка конвейерной задачи (М.Х. Прилуцкий, Стайглиц К. и др.) составления КПГ применительно к ТП ГФП путем введения 4-го (первые 3- ненарушаемость маршрута, непрерывность операции, число рабочих мест) ограничения: из находящихся в очереди на обработку на операции l  партий деталей первой на станок (время начало операции более раннее) поступает имеющая высший (символ выше - ЫЫ) приоритет П:

ЫЫ(< )]. Требуется построить календарный план   с учетом ограничений, и удовлетворяющий целевой функции: , где - время окончания обработки -й партии деталей на -й операции  на -й группе станков от начала ИОП. Для последующего синтеза КПГ и сравнения оставляется 2-3 схемы. Для расчета КПГ плановый период разбивается на 5-ти дневные ИОП. В ТП  реализуется схема с минимумом . Реализация решение  возможна на основе использования известного метода ветвей и границ, но практически, при использовании  ПРС, исключающих неоднозначность, в этом нет необходимости.

  Диспетчирование строится на отслеживании фактических времен начала операций и сравнении их с расчетными  (КПГ) по каждой обрабатываемой партии деталей.  Анализом состояния при запуске деталей , фактических и допустимых величин отставания (опережения) КПГ за данный и предшествующие ИОП (состояния ,), фактических () и плановых () фондов времени работы оборудования по типам и (или) группам, формально определяются причины рассогласования КПГ (несоответствие фондов времени работы, некорректные нормативы, оргпричины). Продукциями на основе подусловий () выявляются управленческие решения (УР)  по введению ТП в плановый режим (дополнительные смены и рабочие места, пересмотр планов и т.п.):

В противоречивых ситуациях предусмотрено вмешательство оператора. Схема работы АССП приведена на рис.6.

Если определение и учет большого числа параметров затруднен, при числе рабочих мест в ТП менее 25-30 (возможна оценка отставаний и выявление причин рассогласования КПГ мастерами),  предложено применение диспетчирования на основе аппарата нечетких множеств.  Объект управления - КПГ. Управление ведется по входам: 1) относительное объемное отставание (опережение) плана  по типу и (или) группе станков с начала диспетчирования; 2) относительное среднее объемное отставание (опережение) плана  по типу и (или) группе станков за 1-н ИОП с начала диспетчирования; 3) увеличение (уменьшение) отставания (опережения) объемного плана за последний  ИОП по сравнению со средним по типу и (или) группе станков.

Рис.6. Схема работы АССП

Выходные параметры: относительное увеличение (уменьшение) фондов времени работы по типу и (или) группе станков за следующий ИОП. Относительные величины определяются  в частях от соответствующих фактических фондов времени работы оборудования. Алгоритм управления состоит из 17-ти нечетких правил. Для фази-логической конъюнкции подусловий применяется правило минимума, для нахождения функций совместной принадлежности - правило нечеткой импликации Мамдани, для дефазификации управляющего воздействия - центроидный метод.

Шестая глава посвящена  планированию, проведению и анализу результатов апробации, определению степени достоверности предложенных моделей и методов. Учитывая необходимость комплексного подхода к созданию САПР ТП и АССП, выполнены работы по совершенствованию структуры ТП и унификации изготовляемых деталей. В соответствии с классификацией работ, сделанной на основе анализа рабочих и перспективных ТПр изготовления деталей и приборов, предложен состав  ТП производственной системы и ее механообрабатывающих подразделений. Предлагаемое оборудование имеет частично общие области по реализации ТПр, что даёт возможность варьировать загрузкой оборудования, и  отвечает принципам концентрации, автоматизации и гибкости. Для соблюдения принципа пропорциональности, определение количественного состава оборудования выполнялось анализом станкоемкостей работ, выполняемых по каждому типу и группе станков. Для постепенного уменьшения объема очередей по основному детале-потоку, было обеспечено снижение коэффициента загрузки оборудования по его ходу  в пределах  4-6 %. С целью минимизации времени прерывания ТПр,  загрузка оборудования на выносных операциях принята меньшей на 20-27%.  Пространственная структура ТП формировалась исходя из принципа прямоточности анализом ТПр наиболее  трудоёмких в обработке деталей (головки, корпуса и т.д.). Это позволило обосновать и реализовать предложенную функциональную структуру и компоновку (пространственную структуру)  ТП на базовом предприятии.  Конструкторско-технологическая  унификация (КТУ)  преследовала 2 цели: сократить время, затрачиваемое на проектирование изделий и создать предпосылки унификации решений в САПР ТП. Проведение КТУ на базовом предприятии позволило достаточно эффективно подойти к проектированию в САПР ТП по методам типизации, и способствовало уменьшению сложности формальных алгоритмов проектирования. Качество проектных решений повысилось за счёт оптимизации элементов технологии для типовых деталей и их поверхностей.

Разработанные методики автоматизированного проектирования и сопровождения ТПр  реализованы в виде программно-технического комплекса, связывающего конструкторские подразделения (CAD), технологические службы (САПР ТП), цеховой управленческий персонал (АССП), управленческий персонал (мастеров) ТП и систему управления (СУО) организацией  (рис.7.)  САПР ТП и АССП могут  использоваться автономно, предусмотрена возможность интеграции комплекса с ERP-системами.

На этапе опытной проверки САПР ТП выполнялось моделирование процедур проектирования ТПр для 20 деталей. В качестве примера рассмотрим ТПр обработки детали СТО 8.649.009 (Головка верхняя-2, материал-сталь 40Х13, HRC 28..32) в условиях ООО Нефтегазгеофизика. Базой сравнения был действующий ТПр (=6,7 смен, =765,9 мин, число операций-8, ЦФ-min). Размер партии деталей принят равный 4.

Рис.7. Структура программного комплекса

Моделирование процедур проектирования по методу аналога при целевой функции - минимум цикла () изготовления партии деталей, дало результаты: =5,6 смен, штучно-калькуляционное время, =533,2 мин, число операций-8. При проектировании единичных ТПр при целевой функции min получено: =4,2 смены, =339,6 мин, число операций-9. Проектирования единичных ТПр при задании ЦФ - минимум себестоимости - =5,5 смен, =307,7 мин, число операций-6. Проведена критериальная проверка вариантов (критерий Стъюдента и Т-критерий Фишера). Результаты позволили констатировать, что модели в САПР ТП  эффективнее принятых методов проектирования, чувствительны к изменению целевой функции. 8-ю экспертами по 10-бальной системе оценивалось качество технологий (с точки зрения обеспечения точности) и их соответствие условиям ТП и целевой функции, средние оценки составили 9,11 и 9,03 балла соответственно.

Исследование моделей диспетчирования АССП показало, что они позволяют вводить ТП в плановый режим в 1,5-2 раза быстрее, нежели при применении ручного управления.

Рис.8. Трудоемкость проектирования ТПр деталей средней сложности

Апробация методики диспетчирования на основе нечетких множеств выполнялась при работе смены (16 рабочих мест). По результатам работы за 3-й ИОП определялось управляющее воздействие. При его реализации, на 3-4-й день следующего ИОП график работы вводился в плановый режим.

Опытная эксплуатация программно-технического комплекса в 2009-10 гг. показала, что сокращение времени проектирования ТПр обеспечивалось до 3-4 раз (рис.8, 1-й столбец-база; 2-й-перепроектирование по методу типизации; 3-й -проектирование единичных ТПр) по сравнению с базой (программные средства  T-Flex)  при высоком качестве технологий (брак при изготовлении уменьшен в 1.9 раза). Проанализирована ожидаемая точность и откорректированы 68 ТПр, спроектированным ранее. У 13 из них (порядка 20%), точность размеров обеспечивалась с вероятностью от 74 до 88%. Предложено изменить размеры заготовок для основных деталей, что обеспечило сокращение их материалоемкости до 8%.

Рис.9. Результаты работы ТП

Опытная эксплуатация подсистем объемного и календарного планирования АССП показала возможность оперативной разработки и корректировки планов, расчетных циклов изготовления приборов. Показатели работы ТП показаны на рис. 9 (1-й столбец-база). Время разработки и корректировки планов сокращены в 3,5-4 раза. Обеспечено закономерное снижение очередей по основному детале-потоку: с 1,5-1,6 детале-операции на первых операциях, до 1,12-1,18 на последних. Для информационной интеграции  АССП с ERP-системами разработана таблица соответствия,  позволяющая исключить нестыковки,  вызванные наличием в ERP такого понятия, как рабочий центр, с которым связываются понятия  производственная мощность и вид работ. В результате внедрения всего комплекса работ выпуск изделий в расчете на рабочее место увеличен в 1,5-1,6 раза, объем незавершенного производства уменьшен на 15-18%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В ходе выполнения исследования получены результаты, обеспечивающие решение крупной научно-технической проблемы, имеющей важное значение для отечественной промышленности и хозяйства: создание теоретических основ для построения систем и применения методов автоматизированного проектирования технологических процессов  и сопровождения производства изделий, позволяющих осуществить автоматизацию  и интеллектуализацию решения задач, а именно: для предложенного в работе  интегрированного организационно-технологического проектирования в производственных системах геофизического приборостроения разработаны:

1. Теоретико-множественные модели  производственной системы, САПР ТП и АССП, построенных на основе системных отношений и категорий часть-целое, система-подсистема, лцелостность-разобщенность, внешняя среда, подчиненность целей, преемственность структур,  позволяющие информационно описать процессы технологической подготовки и выпуска изделий,  получить новые системные свойства при проектировании ТПр и сопровождении производства изделий, и определить функции, структуры и  параметры решений в САПР ТП и АССП.

2. Модель процесса проектирования в САПР ТП, отвечающая выявленным системным принципам преемственности структур, целостности и разобщенности, взаимосвязи и взаимообусловленности, связи с внешней средой, включающая: модели и структуры  проектируемого объекта на различных уровнях декомпозиции  с соответствующими системными характеристиками, определяющими пространства поиска решений; модели и структуры процесса осуществления проектных процедур:  иерархическую 4-х уровневую структуру (способ декомпозиции), модели представления знаний для синтеза  решений соответствующего уровня декомпозиции, модели поиска решений (последовательность преобразования  одного пространства поиска решений  в другое), способы оценки решений, обобщения и накопления опыта проектирования, модель технологичнских подразделений, логико-функциональную структуру (функции и последовательность выполнения проектных процеду), информационную структуру (модели обмена информацией).

3. Принципы построения  САПР ТП и АССП, определяющие их информационную интеграцию, связи с ТП и СУО, наличие элементов ИИ, иерархичность и способ оценки решений, интеграцию в единое информационное пространство, и детализируемые: 1) для САПР ТП -  а) принципами декомпозиции процесса проектирования, б) принципами разработки системы критериальных оценок, в) методикой структуризации и формализации знаний на основе иерархических системно-технологических положений, отражающих технологические, организационно-экономические и системные закономерности  проектирования ТПр,  и определяющих  базу знаний продукционных моделей,  логических, оптимизационных и интуитивных функций, обеспечивающих синтез решений и накопление опыта проектирования в  САПР ТП; 2) для АССП - а) принципами разработки приоритетных схем, б) принципами планирования и управления.

4. На основе выявленных принципов построения САПР ТП методика автоматизированного организационно-технологического проектирования для единичных  технологических процессов и по методу типизации, состоящая в формальном представлении: проектных процедур на уровнях синтеза укрупненных схем, маршрутной и операционной технологии, разработке управляющих программ для станков с ЧПУ; процедур оценки решений на уровнях системами критериев, зависящими от целевой функции производственной системы, состояния ТП и параметров технологии рассматриваемого уровня декомпозиции; способов модификации решений при изменении загрузки оборудования и целевой функции.

5. Система моделей  для информационного обеспечения АССП, включающая: функциональное описание уровней сопровождения, логическую схему взаимосвязи проектных процедур, иерархические системы приоритетов для разработки календарных планов-графиков прохождения деталей по операциям на основе иерархических приоритетных схем, способы осуществления проектных процедур, способы распознавания ситуации в ТП, нечеткое управление.

6. Методика автоматизированного сопровождения  процессов изготовления приборов, соответствующая системе  планов организации и основанная на: систематизации и формализации процедур расчета на уровнях объемного,  календарного, оперативного планирования и диспетчирования; интервальной критериальной оценке, обеспечивающей реализацию обратных межуровневых связей,  автоматический  переходе от одного уровня сопровождения к другому и в режим диалога; оперативном планировании  и диспетчировании на основе интервального метода и распознавания ситуации в технологических подразделениях.

7. Предложены методики и элементы программных средств по проектированию ТПр (зарегистрирована программа для ЭВМ) и сопровождению процессов изготовления приборов, отражающие выявленные принципы создания САПР ТП и АССП и предложенную методологию автоматизированного проектирования и обеспечивающие формализацию и интеллектуализацию процедур синтеза решений. При модификации, методики могут быть использованы в других областях единичного и мелкосерийного машиностроения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ:

в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Палюх, Б.В. Повышение эффективности управления технологическими подразделениями в условиях единичного и мелкосерийного производства/ Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо// Вестник Донского гос. техн. ун-та.-2009.- Том 9. №4(43).-С.659-666 .
2. Палюх, Б.В. Программные средства имитационного моделирования размерной структуры технологических процессов / Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо, Г.И. Рогозин // Программные продукты и системы.-2010.-№1(89).-С.82 - 85.
3. Палюх, Б.В. Оптимизация процедур поиска технологических решений в комплексной САПР ТП - АСУТП / Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо //Вестник Ижевского гос. техн. ун-та.- 2010.- №3(47).-С. 109-112 .
4. Бурдо, Г.Б Исследование процедур проектирования технологий в системах автоматизированного проектирования и управления технологическими процессами/ Г.Б. Бурдо //Вестник Ижевского гос. техн. ун-та.- 2010.- №4(48).-С.109 -113 .
5. Палюх, Б.В. Теоретические основы комплексной автоматизированной системы проектирования и управления технологическими процессами в многономенклатурном производстве / Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. технические науки.- 2010.- №4(27).-С.44-54.
6. Палюх, Б.В.  Представление знаний в системах автоматизированного проектирования и управления технологическими процессами  /  Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо  // Вестник Тамбовского  гос. техн. ун-та.- 2010.-Том 16. №2.-С.258-265.
7. 10. Палюх, Б.В. Механизм синтеза решений при проектировании технологических процессов в комплексных САПР ТП- АСУТП / Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо  // Вестник Тамбовского  гос. техн. ун-та.- 2010.- Том 16. №3.-С.500-506.
8. Бурдо, Г.Б. Принципы построения автоматизированной системы управления технологическими процессами в многономенклатурных производствах / Г.Б. Бурдо  //Вестник Саратовского гос. техн. ун-та.- 2010.- №3(48).-С.113-118.
9. Бурдо, Г.Б. Интеллектуальные средства проектирования технологических процессов / Г.Б. Бурдо // Программные продукты и системы.-2010.-№3(91).-С.51-54.
10. Хаматдинов,  Р.Т. Управление производственными системами геофизического приборостроения /  Р.Т. Хаматдинов,  Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо // Каротажник. - 2009. -№11(188). - С.81-102.
11. Бурдо, Г.Б. Принятие и оценка решений при формировании операций механической обработки  / Г.Б. Бурдо, Н.М. Капустин // Изв. высш. учебн. Завед. СССР. Сер. машиностроение.- 1980.- №6.- С  137- 141.
12. Бурдо, Г.Б. Анализ и синтез процесса формирования совмещенных технологических переходов/ Г.Б. Бурдо, Н.М. Капустин // Изв. высш. учебных завед. СССР. Сер. машиностроение.- 1980.- №7.- С 139 -142.
13. Бурдо, Г.Б. Процесс формирования маршрута обработки корпусных деталей / Г.Б. Бурдо // Изв. высш. учебн. Завед. СССР. Сер. машиностроение.-1981.- № 5.- С.135 -138.

Публикации в других изданиях, сборниках трудов, материалах конференций

14. Палюх, Б.В.  Иерархическая многоагентная интеллектуальная система проектирования и управления технологическими процессами в организациях единичного и мелкосерийного производства  /  Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо  // 12-я национальная конф. по искусственному интеллекту с международным участием КИИ-2010: тр. конф., Тверь, 20-24 сент. 2010 г /  Российская ассоциация искусственного интеллекта.-М.: Физматлит.- 2010.-Том 4.- С.185-193.
15. Бурдо, Г.Б. Оптимизация загрузки оборудования на механообрабатывающих подразделениях/Бурдо Г.Б., Удалов С.В. // Вестник тверского гос. техн. ун-та. 2004.-Выпуск 4.-С.161-163.
16. Бурдо, Г.Б. Обеспечение надежности технологических процессов/ Г.Б. Бурдо, Г.И. Рагозин, А.И. Матвеев//Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента: сборник науч. тр. Тверского ГТУ/ Тверской гос. техн. ун-т.- Тверь, 1997.-С. 61-63.
17. Бурдо, Г.Б. Закономерности автоматизированного проектирования в ГПС/ Г.Б. Бурдо, Г.И. Рагозин, В.А. Баранов//Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента: сборник науч. тр. Тверского ГТУ/ Тверской гос. техн. ун-т.- Тверь,1995.-С. 83-85.
18. Бурдо, Г.Б. Обеспечение качества технологических процессов/ Г.Б. Бурдо, Г.И. Рагозин, А.И. Матвеев// Юбилейная конф. ученых и преподавателей Тверского ГТУ: материалы конф./ Тверской гос. техн. ун-т. - Тверь, 1998.- С. 37-38.
19. Бурдо, Г.Б. Оптимизация расчета операционных цепей /Г.Б. Бурдо, Г.И. Рагозин, В.А. Баранов//Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента: cборник науч. тр. Тверского ГТУ/ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь,1995.-С. 85-88.
20. Бурдо, Г.Б. Модель разработки технологических процессов для производственного участка на основе станков с числовым программным управлением/Г.Б. Бурдо, Н.В. Испирян, В.Г. Бурдо// Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел: межвузовский сборник науч. тр./ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь, 2007.-Выпуск 3.-С.114-118.
21. Бурдо, Г.Б. Системные предпосылки создания комплексных систем автоматизированного проектирования и управления производственными подразделениями/ Г.Б. Бурдо,  Н.В. Испирян, С.Р. Испирян//Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей технологического и энергетического оборудования: межвузовский сборник науч. тр./ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь,2009.-Выпуск 2.-С.117-118.
22. Палюх, Б.В. Исследование механизма синтеза решений при проектировании технологических процессов в комплексной САПР ТП-АСУТП/Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо, Н.В. Испирян// Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей технологического и энергетического оборудования: межвузовский сборник науч. тр./ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь, 2010.-Выпуск 3.-С.137-143.
23. Палюх, Б.В. Исследование процедур проектирования технологических процессов в комплексной САПР ТП-АСУТП/ Б.В. Палюх, Г.Б. Бурдо, В.Б. Бурдо// Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей технологического и энергетического оборудования: межвузовский сборник науч. тр./ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь, 2010.-Выпуск 3.-С.143-149.
24. Бурдо, Г.Б. Исследование типовых проектных процедур в системах автоматизированного проектирования технологических процессов/Бурдо Г.Б.// Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей технологического и энергетического оборудования: межвузовский сборник науч. тр./ Тверской гос. техн. ун-т.-Тверь, 2010.-Выпуск 3.-С.149-153.
25. Бурдо, Г.Б. Системно-технологические предпосылки создания САПР-ТП для ГПС/ Г.Б. Бурдо, В.В. Бойков, Н.В. Испирян// Статья деп. ВИНИТИ, № 434-мш38. - 6 с.
26. Бурдо, Г.Б. Этапы и перспективы развития интегрированных САПР-ТП/ Г.Б. Бурдо, В.В. Бойков, Н.В. Испирян, М.О. Масленников // Статья деп. ВИНИТИ, № 161-мш89.-9 с.
27. Бурдо, Г.Б.  Повышение эффективности обработки корпусных деталей на многооперационных станках/ Г.Б. Бурдо,  Р.З. Диланян, Н.В. Испирян //Статья деп. ВИНИТИ, № 543-мш87. -5 с.
28. Бурдо, Г.Б.  Расчет и составление программы обработки детали на токарном станке с ЧПУ с использованием ЭВМ/ Г.Б. Бурдо, В.В. Бойков, Н.В. Испирян, Г.И. Рагозин // Статья деп. ВИНИТИ, № 213мш-84.-6 с.
29. Бурдо, Г.Б. Использование комбинированного осевого инструмента в ГПК/ Бурдо Г.Б.//Создание гибких комплексов в машиностроении на базе станков с ЧПУ и промышленных роботов (ЧПУ-85): тезисы докладов республиканской науч.-техн. конф., Киев, май, 1985/ Республиканское НТО, Киевский политехн. ин-т, 1985.-С.45-46.
30. Бурдо, Г.Б. Оптимизация инструментального обеспечения в гибких производственных комплексах/ Г.Б. Бурдо// Проблемы автоматизации технологических процессов в машиностроении: тезисы докладов межреспубликанской науч.-техн. конф., Волгоград, июнь, 1989/ Волгоградский политехн. ин-т, 1989.-С.38-39.
31. Бурдо, Г.Б. Разработка компьютерных технологий проектирования технологических процессов/Г.Б. Бурдо, А.И. Матвеев // Технический отчет по НИР. № г.р. 01990007633. Инв. № 02.000085. Тверь.- ТГТУ, 1999.-63 с.
32. Бурдо, Г.Б. Разработка компьютерных технологий размерного анализа технологических процессов/ Г.Б. Бурдо,  А.И. Матвеев, Г.И. Рагозин// Технический отчет по НИР. № г.р. 01200006709. Инв. 02.2000104205. Тверь.- ТГТУ, 2001.-84 с.
33. Бурдо, Г.Б. Оптимизация методики автоматизированного проектирования технологических процессов обработки корпусных деталей/ Г.Б. Бурдо,  Р.З. Диланян// Усовершенствование технологической подготовки машиностроительных и приборостроительных предприятий с применением средств вычислительной техники: материалы республиканской науч.-техн. конф., Таллинн, ноябрь 1979 г/ Таллиннский политехн. ин-т.-Таллин, 1979.-С.38-41.
34. Бурдо, Г.Б. Обработка деталей на многооперационных станках с применением комбинированного осевого инструмента/ Г.Б. Бурдо,  Р.З. Диланян// Автоматизация проектирования и производства с применением ЭВМ и числового программного управления в машино- и  приборостроении: материалы республиканской науч.-техн. конф., Таллинн, апрель 1984 г./Таллиннский политехн. ин-т.-Таллинн, 1984.-С.17-18.
35. Бурдо, Г.Б. Моделирование процесса принятия технических решений при технологическом проектировании проектной функцией/ Г.Б. Бурдо,  Р.З. Диланян // Молодые ученые и специалисты Цнародному хозяйству Нечерноземья: материалы III науч.-практ. конф., посвященной 60-летию образования СССР, Калинин,21-22 окт. 1982 г. /Калининскии областной совет НТО.- Калинин, 1982.-С. 27-28.
36. Бурдо, Г.Б. Повышение достоверности принятия решений при проектировании технологических операций/ Г.Б. Бурдо // Молодые ученые и специалисты Цнародному хозяйству Нечерноземья: материалы III науч.-практ. конф., посвященной 60-летию образования СССР, Калинин,21-22 окт. 1982 г.  /Калининский областной совет НТО.- Калинин, 1982.-С. 26-27.
37. Бурдо, Г.Б.  Оптимизация режимов резания и параметров комбинированного осевого инструмента при его использовании на многооперационных станках с ЧПУ/ Г.Б. Бурдо // Оптимизация режимов обработки на металлорежущих станках: материалы производственно-технического семинара, Челябинск, 2-13 окт. 1984 г. /Челябинский дом науки и техники. -Челябинск, 1984.-С.63-64.
38. Бурдо, Г.Б.  Оптимизация процесса технологического проектирования/ Г.Б. Бурдо,  Р.З. Диланян // Молодые ученые и специалисты  - народному хозяйству Нечерноземья: материалы IV науч.-практ. конф., Калинин, 4-5 дек. 1985 г./ Калининский областной совет НТО. - Калинин, 1985.-С. 64-65.
39. Бурдо, Г.Б. Закономерности построения систем автоматизированного проектирования в гибком автоматизированном производстве/ Г.Б. Бурдо,  Р.З. Диланян // Проблемы создания и эксплуатации гибких производственных систем: материалы науч.-техн. конф., Саранск, 17-19 окт. 1985 г. /Мордовский  гос. ун-т.- Саранск, 1985.-С.47-49.
40. Бурдо, Г.Б. Многоуровневое проектирование технологических процессов/ Г.Б. Бурдо, А.И. Матвеев, А.В. Сидоров// Актуальные проблемы развития машиностроительного комплекса тверского региона: материалы  науч.-практ. конф., Тверь,13-14 дек. 2001 г./ Тверской гос. техн. ун-т .- Тверь,2001.-С.14-16.
41. Бурдо, Г.Б. Методика принятия решений при проектировании технологии механической обработки/ Г.Б. Бурдо, А.И. Матвеев// Актуальные проблемы развития машиностроительного комплекса тверского региона: материалы науч.-практ. конф., Тверь, 13-14 дек. 2001 г./ Тверской гос. техн. ун-т .- Тверь,2001.-С.28-32.

Программы для ЭВМ

42. Моделирование размерной структуры технологического процесса/ Палюх Б.В., Рагозин Г.И., Бурдо Г.Б., Баженов А.Н.: Роспатент РФ, гос. рег. №2010614613.- Зар. в реестре программ для ЭВМ 13.06.10, заявитель Тверской гос. техн. ун-т.-2010.

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям