WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
В.Г. МОКРОЗУБ РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» В.Г. МОКРОЗУБ РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Утверждено Учёным советом университета в качестве учебного пособия для бакалавров и магистров направления 150400 «Технологические машины и оборудование» и студентов, обучающихся по специальностям 240801 «Машины и аппараты химических производств», 230104 «Системы автоматизированного проектирования» Тамбов Издательство ТГТУ 2008 УДК 681.518 ББК Л11-5-05я73 М749 Р е ц е н з е н т ы :

Заведующий кафедрой компьютерного и математического моделирования ИМФИ Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина, доктор технических наук, профессор А.А. Арзамасцев Доктор технических наук, профессор кафедры САПР Тамбовского государственного технического университета Ю.В. Литовка Мокрозуб, В.Г.

М749 Разработка интеллектуальных информационных систем автоматизированного проектирования технологического оборудования : учебное пособие / В.Г. Мокрозуб. – Тамбов : Изд-во Тамб.

гос. техн. ун-та, 2008. – 80 с. – 100 экз. – ISBN 978-5-8265-0740-7.

Рассмотрены процедурная и информационно-логические модели, позволяющие генерировать законченный вариант конструкции технологического оборудования. Для ёмкостного аппарата с перемешивающим устройством представлены информационно-логическая модель, включающая реестр элементов, модели определения структуры, параметров и позиционирования элементов в пространстве, соответственно. Предложено продукционно-фреймовое представление моделей в информационной системе.

Предназначено для бакалавров и магистров направления 150400 «Технологические машины и оборудование» и студентов, обучающихся по специальностям 240801 «Машины и аппараты химических производств», 230104 «Системы автоматизированного проектирования».

УДК 681.ББК Л11-5-05яISBN 978-5-8265-0740-© ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» (ТГТУ), Учебное издание МОКРОЗУБ Владимир Григорьевич РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Учебное пособие Редактор З.Г. Чернова Компьютерное макетирование Т.Ю. Зотовой Подписано в печать 27.10.Формат 60 84 / 16. 4,65 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № Издательско-полиграфический центр ТГТУ 392000, Тамбов, Советская, 106, к. ВВЕДЕНИЕ Использование автоматизированных информационных систем (АИС) является в настоящее время необходимым условием эффективной работы промышленных предприятий. Проектирование технологического оборудования – один из наиболее длительных и ответственных этапов технической подготовки машиностроительного производства.

Несмотря на несомненные достижения в области искусственного интеллекта и большое разнообразие существующих АИС, предназначенных для проектирования технических изделий, конструкторские отделы затрачивают много времени на разработку технической документации, особенно чертежей. В связи с этим, проблема создания АИС, позволяющей проектировать технологическое оборудование, остаётся актуальной, особенно в плане применения методов искусственного интеллекта и получения технической документации с минимальным участием лица принимающего решения.

Развитие перерабатывающих отраслей промышленности, в том числе химической и пищевой, является в настоящее время актуальной задачей экономики Российской Федерации.

Технологическое оборудование химических и пищевых производств состоит преимущественно из типовых элементов, что даёт возможность создать информационную систему, которая позволит автоматизировать не только такие стадии проектирования, как определение основных элементов аппаратов, технологические и механические расчёты, но и стадии разработки рабочих чертежей, что является актуальным, так как позволит уменьшить сроки проектирования и повысит качество проектных решений.

Создание процедурных и информационно-логических моделей технологического оборудования на разных уровнях абстрагирования и разработка на их основе информационных систем, обладающих интеллектуальными свойствами, позволит накапливать и использовать опыт экспертов всеми разработчиками проекта.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ПУТИ ИХ РАЗВИТИЯ Бурное развитие методов и средств автоматизации привело к созданию автоматизированных систем обработки информации (АСОИ) различного назначения, охватывающих все этапы жизненного цикла изделия: автоматизированных систем проектирования (САПР), управления (АСУ), технологической подготовки производства (АСТПП) и других. Научные исследования и опыт создания и применения автоматизированных систем в различных отраслях машиностроения выявили необходимость структурирования средств обеспечения АСОИ. В соответствии с выполняемыми функциями в системе выделяют техническое, математическое, программное, информационное, лингвистическое, методическое и организационное обеспечение [9].

Назначение, содержание и правила применения средств обеспечения уже в 70-е годы ХХ века регламентировались нормативными документами и государственными стандартами. К началу 90-х годов разработка комплекса основополагающих нормативных документов и государственных стандартов в области АСОИ в нашей стране была практически завершена. Основными принципами создания таких систем, их подсистем и компонентов определены системное единство, развитие, совместимость и стандартизация [9].



Задачи, решаемые АИС, можно классифицировать следующим об-разом:

1) вычислительные задачи (например, прочностные расчёты, оптимизация, моделирование), предъявляющие повышенные требования к производительности процессора и объёму оперативной памяти;

2) задачи обработки больших массивов информации (например, задачи создания и введения баз данных конструкторской документации, задачи информационного поиска, доступа к базам данных), требующие наличия внешних накопителей большой ёмкости и достаточно малого времени доступа;

3) задачи интерактивного (диалогового) проектирования (например, речевой ввод или интерактивная графика), требующие специальных аппаратных средств (графический дисплей, графопостроитель, диджитайзер и др.), обеспечивающих удобство работы и малое время ответа;

4) задачи обмена информацией между подсистемами АИС (например, передача в комплексную АИС информации от технологической подсистемы к программно-управляемому оборудованию); к этим же задачам относится дистанционное, сетевое и межсетевое взаимодействие технических средств АИС;

5) задачи, решаемые с применением методологии искусственного интеллекта, в частности, экспертных систем.

АИС для машиностроения условно делят на CAD, CAM и CAE системы.

CAD-системы (сomputer-aided design – компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования – САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объёмной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

CAM-системы (computer-aided manufacturing – компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

САЕ-системы – (computer-aided engineering – поддержка инженерных расчётов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчётную задачу (группу задач), начиная от расчётов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчётов гидравлических систем и машин, расчётов процессов литья.

В CAЕ-системах также используется трёхмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы ещё называют системами инженерного анализа.

В настоящее время разработчики прикладных автоматизированных систем уделяют большое внимание приданию им интеллектуальных функций. Существуют предпосылки, что следующим шагом в развитии автоматизированного проектирования технических объектов будет создание интеллектуальных систем, позволяющих генерировать различные варианты технический решений, исходя из сведений о технологическом назначении проектируемого объекта [26, 28].

Ниже рассматриваются существующие подходы к созданию подобных интеллектуальных автоматизированных систем.

Существуют два основных направления конструирования технических объектов: поисковое и типовое. Результатом поискового конструирования является оригинальная конструкция, претендующая на получение патента. Результат типового конструирования – технический объект, со-бранный из типовых элементов.

Автоматизации процесса поискового конструирования посвящен ряд работ А.И. Половинкина [36, 37].

Исследования в области создания автоматизированных систем, обладающих интеллектуальными свойствами, начались ещё в 60-е годы ХХ века.

В работах [36, 38] рассматривается подход к автоматизированному проектированию технических объектов, исходя из сведений о выполняемых объектом функциях. Здесь также проведён анализ, из каких элементов состоят большинство технологических объектов, какие физические эффекты лежат в основе их работы, рассмотрены различные способы представления структуры объектов и взаимодействия их элементов.

Для автоматизации типового конструирования имеется множество систем автоматизированного проектирования, позволяющих получать конструкторскую и технологическую документацию. Фирмы разработчики известных программных продуктов (SolidWorks, Inventor, Компас) постоянно совершенствуют свою продукцию, добавляя новые возможности (3D моделирование, параметризация графических объектов, библиотеки типовых объектов и т.д.). Несмотря на это, в известных САПР в настоящее время отсутствует возможность получения технической документации автоматически или с минимальным участием человека, хотя предпосылки для этого существуют особенно в типовом конструировании.

Методология разработки прикладных автоматизированных систем на базе промышленного способа их создания, обоснованного в работах Г.Д. Волковой [4, 5], включает:

- процесс разработки, состоящий из определённого набора этапов;





- методик выполнения этапов;

- средств представления исходной и результирующей информации каждого этапа.

Приведён процесс автоматизации предметных задач, на основе предлагаемой методологии и с учётом формируемых модельных представлений, включающий в себя следующие этапы Концептуальное моделирование предметных задач позволяет объективировать (выявлять) систему знаний выделенной предметной области и зафиксировать её в определенной форме. Концептуальное моделирование в соответствии с методологией промышленного создания САПР осуществляется на трёх уровнях абстрагирования: абстрактном, обеспечивающем общее представление систем знаний; объектном, обеспечивающем представление специфики систем знаний предметных областей; конкретном, описывающем множество конкретных фактов, событий, явлений реального мира в процессе решения прикладных задач. При этом концептуальная модель любого уровня включает: множество элементов (категорий); множество структурных связей на этих элементах; множество ограничений на связи и элементы. Под категорией понимается обобщенный термин для понятий разных уровней абстрагирования.

Представление концептуальных моделей включает в себя две части: универсальное концептуальное представление и концептуальные представления предметных задач. Универсальное концептуальное представление определяет общее строение системы знаний на разных уровнях абстрагирования, а концептуальные представления предметных задач определяют строение системы знаний для конкретных предметных областей.

За последние несколько лет быстро вырос интерес к искусственным нейронным сетям. Специалисты из таких областей, как техническое конструирование, философия, физиология и психология, ищут приложение им внутри своих дисциплин. Это возрождение интереса было вызвано как теоретическими, так и прикладными достижениями. Неожиданно открылись возможности использования вычислений в сферах, до этого относящихся лишь к области человеческого интеллекта, возможности создания машин, способность которых учиться и запоминать удивительным образом напоминает мыслительные процессы человека, и наполнения новым значительным содержанием критиковавшегося термина «искусственный интеллект».

Эволюционные вычисления [17], синонимом которых в зарубежной литературе является термин «evolutionary computation», доказали свою эффективность как при решении трудноформализуемых задач искусственного интеллекта (распознавание образов, кластеризация, ассоциативный поиск), так и при решении трудоемких задач оптимизации, аппроксимации, интеллектуальной обработки данных. К преимуществам эволюционных вычислений относятся адаптивность, способность к обучению, параллелизм, возможность построения гибридных интеллектуальных систем на основе комбинирования с парадигмами искусственных нейросетей и нечеткой логики. Многообещающей выглядит предпосылка создания единой концепции эволюционных вычислений, включающих генетические алгоритмы [7], генетическое программирование (ГП), эволюционные стратегии и эволюционное программирование (ЭП).

CALS-технологии. Одним из направлений повышения эффективности промышленного сектора экономики является применение современных информационных технологий для обеспечения процессов, протекающих в ходе всего жизненного цикла продукции и её компонентов. Жизненный цикл (ЖЦ) продукта, как его определяет стандарт ISO 9004-1, – это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта.

В отличие от интегрированной автоматизированной системы управления производством (ИАСУ), CALS-система охватывает все стадии ЖЦ [16, 30]. Предметом CALS являются технологии совместного использования и информации (информационной интеграции) в процессах, выполняемых в ходе ЖЦ продукта. В основе CALS лежит комплекс единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и её корректной интерпретации, обеспечение безопасности информации, а также юридические вопросы совместного использования информации (в том числе интеллектуальной собственности).

Вопросы для самопроверки 1. Классификация задач, решаемых автоматизированными информационными системами.

2. Классификация автоматизированных информационных систем.

3. Основные направления конструирования технических объектов.

4. Пути развития информационных систем.

2. ПРОЦЕДУРНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 2.1. Методология проектирования технологического оборудования Проект современного технологического производства является результатом интеллектуальных, творческих усилий целого ряда исследовательских, проектных, конструкторских и строительных организаций и объединений.

Сложность и многообразие задач, возникающих при проектировании, обусловили и многостадийность этого процесса [13, 15, 19, 20].

Существующая практика проектирования широко использует принцип декомпозиции, в результате чего выделяются отдельные подзадачи, решение которых возлагается на специализированные подразделения в рамках проектной организации и различных отраслей промышленности.

При разработке аппаратурного оформления основной задачей является выбор типов и размеров аппаратов на каждую стадию технологической схемы. Выбор каждого вида оборудования сопровождается проведением ряда расчётов.

Структурная схема проектирования технологических схем показана на рис. 2.1.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.