Информационные и процедурные модели поддержки принятия решений для автоматизированной системы технологической подготовки производства изделий из металлов

Новые эффективные методы и технологии проектирования, создания и модернизации процессов изготовления изделий из металлов призваны обеспечить готовность машиностроительного производства к выпуску изделий заданного качества в минимальные сроки при наименьших трудовых, материальных и финансовых затратах. Они характеризуются следующими техническими факторами, включающими в себя разработку и применение: современных технологических процессов (ТП) получения заготовок, обеспечивающих снижение ме-таллои материалоемкостипрогрессивных методов обработки, полученных заготовок и методов их термической и химико-термической обработкисовременных средств активного и объективного технического контроля качества и др.

Стадия конструкторско-технологических работ играет важную роль в формировании технического уровня будущей продукции, так как на этом этапе закладываются основные технические параметры и конструкторские решения создания новых машин, недостатки которых трудно, а зачастую невозможно исправить на последующих стадиях. В настоящее время широко применяются интегрированные системы компьютерного проектирования и технологической подготовки производства. Применение их значительно повышает эффективность труда конструктора и технолога, автоматизируя рутинные операции проектирования и оформления документации для конкретно принятого варианта ТП. Однако при этом остается нерешенной задача получения оптимального варианта (или нескольких близких к оптимальному вариантов) ТП для реальных условий производства изделий из металлов.

Решение данной задачи возможно на основе использования автоматизированной информационной системы (АИС) поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов, основной функцией которой является исследование основных параметров технологических процессов, включая информационный, экономический и технологический анализ. В свою очередь, возможность создания АИС поддержки принятия проектных решений с высоким уровнем интеллектуализации обработки информации определяется: развитием научных и методологических основ конструирования и производства машиностроительных изделийприменяемыми математическими методами и моделями, информационными технологиями, программным обеспечением и техническими средствами.

В* связи с этим, выполненная работа посвящена разработке информационных и процедурных моделей поддержки принятия решений для автоматизированной системы технологической подготовки производства, используемой при решении задач проектирования экологически безопасных технологических процессов производства изделий из металлов.

Результаты, полученные автором, базируются на достижениях многих научных школ. Решению проблемы автоматизированного проектирования в области машиностроения большое внимание уделяли ведущие отечественные ученые: академики Ю. А. Соломенцев, И. Д. Спасский и др., профессора В. В. Павлов, Е. И. Артамонов, Е. Н. Малыгин, Н. М. Капустин и др. Среди ведущих ученых в области теории информатики и АИС следует отметить академиков А. А. Самарского, А. П. Ершова, В. В. Кочетова, профессоров Р. С. Гиляревского, А. В. Соколова и др.

Настоящая работа выполнялась в соответствии с координационным планом Межвузовской НТП «Ресурсосберегающие технологии машиностроения» на период 1996;1997 гг., по хоздоговорным планам НИР Тамбовского государственного технического университета в 1999 — 2006 гг., а такжепо> программе гранта РФФИ № 06−08−96 352-рцентра.

Объектом^ исследования в * работе является автоматизированная информационная система поддержки принятияфешений для проектирования технологических процессов производственных технических систем.

Предметом исследования являются математические методы и модели, лежащие в основе поддержки принятия решений для автоматизированной системы проектирования технологических процессов одного класса технических систем (на примере машиностроительных производств).

Целью работы является разработка информационных и процедурных моделей поддержки принятия решений для автоматизированной системы технологической подготовки производства, использование которой позволит значительно сократить трудозатраты специалистов и обеспечить формирование экономичных и экологически безопасных технологических процессов производства изделий из металлов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ" существующих АИС поддержки принятия^ решений для проектирования технологических процессов производственных технических систем.

2. Разработать технологию поддержки принятия решений для автоматизированной системы технологической подготовки производства изделий из металлов, учитывающую специфику реализации технологических процессов на машиностроительном производстве.

3. Разработать структуру базы данных для хранения символьной и цифровой информации об объектах проектирования (изделиях из металлов), относящейся к производственному процессу их жизненного цикла.

4. Разработать информационно-логическую и процедурную модели принятия решения для проектирования технологических процессов одного класса технических систем.

5. Разработать программное обеспечение АИС поддержки принятия решения задач проектирования технологических процессов производства машиностроительных изделий.

Научная новизна. 1. На базе системного анализа и методов математического моделирования разработана технология поддержки принятия решений, отличающаяся применением теории иерархических систем при управлении процессом проектирования технологических процессов для класса технических систем сложной структуры, для которых при получении целевой продукции могут быть использованы различные технологии, виды оборудования, приспособлений и вспомогательных материалов.

2. Разработана обобщенная информационно-логическая модель технологических процессов технических систем сложной структуры, представляющая собой объединение множеств данных и локальных моделей стадий технологических процессов, включающая в себя информационные массивы данных о назначении и качественных показателях целевой продукции, особенностях проектирования и реализации технологических процессов, технической оснащенности предприятия и др. Отличительной чертой обобщенной информационно-логической модели технологических процессов является ее многоуровневая структура, учитывающая с помощью продукционных правил детальную совокупность взаимосвязей между всеми элементами технологий.

3. Разработана обобщенная процедурная модель АИС поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов класса технических систем, отличающаяся тем, что при пошаговом конструировании решения с учетом значимости и категорийности выходных переменных для дальнейшего анализа использует либо все их значения, либо только те, которые попадают в окрестность «оптимистичных» значений локального критерия, либо единичные значения — для наименее значимых переменных.

На защиту выносятся основные положения:

1. Технология поддержки принятия решений для класса технических систем сложной структуры, для которых при получении целевой продукции могут быть использованы различные технологии, виды оборудования, приспособлений и вспомогательных материалов.

2. Обобщенная информационно-логическая-модель технологических процессов сложных технических систем, обладающая многоуровневой структурой и позволяющая с помощью продукционных правил увязать все элементы производственной технологии.

3. Обобщенная процедурная, модель АИС поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов рассматриваемого класса технических систем с последующей детализацией для решаемых в работе задач.

Методы исследования. При решении задач использовались методы математического моделирования, методы системного анализа и дискретного программирования.

Практические результаты работы. На основе предложенной технологии, разработанных информационно-логических моделей технологических процессов и процедурных моделей принятия решений для проектирования технологических процессов производства изделий из металлов создано программное обеспечение АИС, включающее пакеты программ автоматизированного выбора: марки металла, вида и способа получения заготовки в зависимости от характера упрочнения для изделий машиностроенияэкономичного экологически безопасного технологического процесса, оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов и режимных параметров для упрочняющей обработки, а также электронные каталоги: марочника металлов, технологических процессов упрочняющей обработки, технологического оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов, норм оплаты работ и др.

Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты работы использованы при решении задач проектирования технологических процессов машиностроительного производства ЗАО «Завод Тамбовполи-мермаш» г. Тамбов, ОАО «Завод подшипников скольжения» г. Тамбов и ОАО «Первомайскхиммаш» пгт. Первомайский Тамбовской области, что подтверждено справками о внедрении.

Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальные результаты обсуждались на 4-й и 5-й Тамбовских межвузовских конференциях «Актуальные проблемы информатики и информационных технологий» (г. Тамбов, 2000, 2001 гг.) — VII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых СТТ-2001 «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2001 г.) — I и II Международных научных конференциях и выставке CAD/CAM/PDM «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта» (ИПУ РАН, Москва, 2001, 2002 гг.) — Международной научно-технической конференции «Современные системы управления предприятиемCSBC'2001» (г. Липецк, 2001 г.) — Международной научно-практической конференции «Теория активных систем», (ИПУ РАН, Москва, 2001 г.) — III Международной научно-технической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в судостроении» (г. Николаев, 2002 г.) — III Международнойнаучно-практической конференции «Глобальный научный потенциал» (г. Тамбов, 2007 г.).

В списке литературы, включающего 120 наименований приведены, основные источники, в сравнении с которыми выполнена настоящая* работа, ссылки на работы самого автора, указывающие на приоритет в данной области исследования.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 22 печатные работы, в том числе статьи в центральных журналах, доклады на конференциях различного уровня. В основном все научные результаты получены автором. Вклад автора диссертации в работы, выполненные в соавторстве и содержащиеся в них результаты, состоит в постановке задач, разработке теоретических положений, а также в непосредственном участии во всех этапах прикладных исследований.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованнойлитературы и приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. На базе системного анализа и методов математического моделирования разработана технология поддержки принятия: решений, отличающаяся применением теории иерархических систем при управлении процессом проектирования технологических процессов для класса технических систем сложной структуры, для которых при. получении целевой продукции могут быть использованыразличные технологии, виды" оборудования, приспособлений и вспомогательных материалов.

2. Разработанаобобщенная. информационно-логическая модель технологических процессов технических систем сложной структуры, представляющаясобой объединение множеств данных и локальных моделей стадий технологических процессов, включающая в себя информационные массивы: данных о назначении и качественных показателях целевой продукцииособенностях проектирования и реализации технологических процессовтехнической оснащенностипредприятия и др. Отличительной чертойобобщеннойинформационно-логической модели технологических процессов является ее многоуровневая структура, учитывающаяс помощью* продукционных правил детальную совокупность взаимосвязей между всеми элементами технологий.

3. Разработана обобщенная процедурнаямодель АИС поддержки принятия решений для проектирования технологических процессов класса технических систем, отличающаяся тем, что при пошаговом конструировании решения с учетом значимости и категорийности выходных переменных для дальнейшего анализа использует либо-все их значения, либо только те, которые попадают в окрестность «оптимистичных» значений локального критерия, либо единичные значения — для наименее значимых переменных.

4. На основе предложенной технологии, разработанных информационно-логических моделей ТП и процедурных моделей принятия решений для проектирования ТП производства изделий из металлов создано программное обеспечение АИС, включающее пакеты программ автоматизированного выбора: марки металла, вида и способа получения заготовки в зависимости от характера упрочнения для изделий машиностроенияэкономичного экологически безопасного ТП, оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов и режимных параметров для упрочняющей обработки, а также электронные каталоги: марочника металлов, ТП упрочняющей обработки, технологического оборудования, приспособлений, вспомогательных материалов, норм оплаты работ и др.

5. Теоретические и практические результаты работы использованы при решении задач проектирования ТП машиностроительного производства ЗАО «Завод Тамбовполимермаш» г. Тамбов, ОАО «Завод подшипников скольжения» г. Тамбов и ОАО «Первомайскхиммаш» пгт. Первомайский Тамбовской области, что подтверждено справками о внедрении.

Научные результаты, полученные в ходе выполнения диссертации, отражены в 22 опубликованных работах автора [1,2,42−49,66−72,83−88].

С помощью АИС, реализующей разработанные информационно-логические и процедурные модели, осуществлено решение ряда практических задач проектирования ТП производства изделия из металлов, в частности: форматоров-вулканизаторов (ФВ2−130−940−185/280, ФВ1−500−1800−3 05, ФВ2−140), редукторов (МР2−315, МП01М-Ю, МП02М-15Щ, МП02−18) на ЗАО «Завод Тамбовполимермаш" — установки подземного и капитального ремонта скважин УРАН-20.1, предназначенной для проведения технологических и ремонтно-восстановительных работ на нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах на ОАО «Первомайскхиммаш" — поршневых пальцев и колец, подшипников скольжения, втулок на ОАО «Завод подшипников скольжения» и др.