Основы построения автоматизированных систем проектирования технологических процессов и сопровождения производства изделий в геофизическом приборостроении

Область и объект исследования.

Областью исследования в настоящей работе является методология разработки моделей и методов для анализа и синтеза проектных решений по проектированию технологий и планированию и управлению производством в машиностроении и приборостроении.

Под областью исследования обычно понимается множество объектов исследования и связи между ними, их системные характеристики, и решаемые в ней (области) задачи. Охарактеризуем объект исследования.

Объектом исследования в настоящей работе являются процесс автоматизированного проектирования технологических процессов и принятия решений при сопровождении производства изделий в ГФП, методы и способы осуществления проектных процедур.

Выбор объекта исследования обусловлен тем, что геофизическое приборостроение, в силу своей специфики, относится к единичному и мелкосерийному типу производств. Данные производства традиционно отличаются низким уровнем автоматизации и эффективности технологической подготовки производства и управления технологическими процессами. Сроки изготовления опытных образцов продукции, переход к ее выпуску партиями недопустимо растянуты.

Геофизическое приборостроение в России — это одна из отраслей, находящихся на прорывных направлениях развития науки и техники и успешно конкурирующих на мировом рынке.

Отсутствие эффективно работающей производственной базы является серьезной причиной, сдерживающей развитие геофизики и затрудняющей конкуренцию с западными фирмами.

Основная терминология, используемая в работе.

АССП — автоматизированная система, предназначенная для расчетов и непрерывного обновления (пересчета) объемных и календарных планов ТП и диспетчи-рования ТПр в условиях многономенклатурного производства (авт.).

М — последовательность прохождения детали по технологическим операциям.

ОП — законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте (ГОСТ 3.1109−82).

ПС — это совокупность производственных (технологических) подразделений с технологическим оборудованием, проектных, управленческих и контролирующих подразделений, во взаимодействии обеспечивающих выполнение производственной программы.

САПР ТП — автоматизированная система, предназначенная для проектирования ТПр и подготовки УП для оборудования с ЧПУ [106].

ТП — подразделение (подразделения) производственной системы, непосредственно занятое изготовлением изделий. В ТП выполняются технологические процессы.

ТПП — совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих технологическую готовность предприятия к выпуску изделий заданного уровня качества при установленных сроках, объеме выпуска и затратах [120,121]. ТПП включает обеспечение технологичности конструкции изделия, разработку ТПр, проектирование и изготовление (или приобретение) средств технологического оснащения (технологические приспособления, режущий, мерительный и вспомогательный инструмент).

ТПр — часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предметов труда (ГОСТ 3.1109−82). Технологические процессы строятся по отдельным методам их выполнения (процессы механической обработки, сборки, литья, термической обработки и т. п.).

УС — укрупненное, схематическое представление ТПр в виде применяемых методов обработки и основных составных его элементов (частей).

Под процессом проектирования в работе трактуется как процесс синтеза решений, представленный определенной декомпозицией, и включающий описания проектируемого объекта на различных уровнях представления, модели знаний и методы организации проектных процедур.

История развития области исследования.

Возможности автоматизированного проектирования технологических процессов определяется в первую очередь развитием научных основ технологии машиностроения и математических методов. Главной проблемой технологии машиностроения как науки явилось изучение закономерностей построения и протекания ТПр, выявление наиболее эффективных методов повышения их производительности и рентабельности. В решение этой проблемы наиболее весомый вклад внесли исследования российских ученых — профессоров Б. С. Балакшина, Б. М. Базрова, Б. П. Беспалова, H.A. Бородачева, В. В. Бойцова, А. Н. Гаврилова, A.M. Дальского, Ф. С. Демьянюка, И.В. Дунина-Барковского, М. Е. Егорова, В. М. Кована, И. М. Колесова, В. И. Комисарова, В. С. Корсакова, A.A. Маталина, С. П. Митрофанова, A.B. Подзея, A.C. Проникова, Э. В. Рыжова, А. П. Соколовского, Ю.М. Соло-менцева, А. Г. Суслова, Г. А Шаумяна и др.

На основе данных исследований в начале 60-х г. г. 20-го века начало развиваться новое научное направление — автоматизация проектирования технологических процессов (автоматизированные системы технологической подготовки производства).

Первоначально усилия исследователей были направлены на решение частных задач технологического проектирования: автоматизированного расчета режимов резания для различных видов обработки и различных типов оборудования, расчета норм времени, величин припусков на обработку [52,69,96−100 и др.]. Работы, посвященные проектированию маршрутной технологии, строились на методах типизации и для определенных производственных условий, что снижало их общеметодологическую ценность и не позволяло получать оптимальные решения в других производственных условиях.

С конца 60-х годов активно начало развиваться моделирование ТПр. Значительный круг задач структурной и параметрической оптимизации ТПр с использованием системного подхода рассмотрен в работах [1,101,110,123,199 и др.]. Показаны критерии оптимизации, математические модели структурной и многокритериальной параметрической оптимизации. Были разработаны функциональные модели, отражающие процессы, протекающие в технологических системах.

Комплексный подход к АСТПП предложен в работах акад. Г. К. Горанского [5,51−53 и др.], где дано интегрированное представление указанных систем.

Важным этапом развития автоматизации технологического проектирования являются работы, выполненные под руководством академика Буевича Н. Г. [28, 203], где решаются задачи логического анализа ТПр изготовления деталей на металлорежущем оборудовании средствами математической логики и синтеза систем рассуждения на языке математики.

Стройная САПР ТП, базирующаяся на научных основах технологии машиностроения с использованием математического аппарата, показана в работах В. Д. Цветкова [199−201]. Метод многошагового итерационного проектирования (декомпозиция) предусматривает разбиение ТПр на определенное количество шагов.

Значительное количество исследований по разработке математических моделей станочных операций выполнено в МВТУ им. Н. Э. Баумана под руководством д.т.н. проф. Капустина Н. М. Разработаны принципы и методика автоматизированного проектирования ТПр обработки деталей на основе математического моделирования [95−100 и др.]. В работах проф. В. В. Павлова были [145 и др.] классифицированы основные типы структурно-логических моделей, используемых в САПР ТП.

Научный подход к созданию САПР технических систем создан в работах И. П. Норенкова [134−137], О. И. Семенкова [150]. В связи с появлением ПЭВМ выявлены [21,59,70 и др.] процедуры диалогового проектирования при построении станочных операций. Рассматрены [55,56,59,89,177,198 и др.] вопросы синтеза технологических процессов и операций при обработке деталей в гибких производственных системах, внедрение которых активно осуществлялось в 80-х годах.

Значительный вклад в развитие САПР ТП внесли В. И. Аверченков [1], Н. А. Гайдамакин [48], О. Н. Калачев, В. А. Камаев [93,94], А. И Кондаков [105,106],.

С.Н. Корчак [110], И. П. Норенков, В. Г. Митрофанов [4,90,177], А. Г. Ракович, А. С. Старец, В. Г Старостин [180], Н. М Султан-Заде, А.Н. Ярцев[260] и другие, рассмотревшие проектирование в САПР с позиций системного подхода.

В настоящее время активно происходит реализация элементов ИИ и CALS-технологий в САПР ТП. Эти вопросы исследовались в работах В. И. Аверченкова, А. Р. Денисова [65 и др.], Г. Б. Евгенева [75−77], П. В. Казакова [92], М. Г. Левина [66], В. Г. Митрофанова, И. П. Норенкова [72], Б. Н. Поздеева [151], Ю.М. Соломен-цева [90,186 ] и др.

Исторически вопросы планирования объемов работ и управления работой ТП рассматривались и рассматриваются отдельно. В работах экономической школы [11,40,47,83,140 и др.] рассматриваются теоретические и методические основы организации производства, менеджмента и планирования деятельности предприятий. Изучаются основные вопросы организации производственного процесса во времени • (последовательный вид движения деталей, параллельно-последовательный и параллельный). Определены способы подсчета времени производственного цикла. Проанализировано влияние транспортной (операционной) партии деталей на длительность производственного цикла.

В' настоящее время вопросы, связанные с АСУП, реализованы в имеющихся промышленных АСУТП, автоматизированных системах управления ТПр (АСУТП, MRP-2 (Manufacturing Requirement Planning), Scada (Supervisoru Control And Data Acquisition) и др.), системах управления и планирования предприятием разного уровня (Галактика, IFS Applications, Омега, MfgPro, Axapta др.) [47,212,216,217,218] .Организации «бережливого производства» подчинены работы [44, 45,71, 204,241,242 и др.].

Развитие методологии управления ТП (АСУТП) связано с исследованиями М. Х. Блехермана [25,26], А. П. Гусева [61], И. М. Макарова [117 и др.], С. А. Майорова [55], Г. В. Орловского [55, 141], В: А. Петрова [148,149 и др.], В. Г. Раппопорта [160], В. Л. Сосонкина, Е. И. Яблочникова [212] и др. [56,61,73,160, 222−225]. Рассмотрены вопросы оперативного управления в гибких автоматизированных производствах, рассматриваемого как процесс временной и пространственной организации производства, на трехуровневой иерархической структуре.

Развитие АСТПП и АСУТП во многом определилось уровнем математического аппарата, реализуемого в моделях [12−14,19,24,39,41,42,67,68,73,75, 81,91, 93, 102,103,118,122−134,131 идр.].

Противоречия и недостатки объекта исследования К основным противоречиям в области проектирования технологических процессов (ТПр) и управлением выпуска приборов в геофизическом приборостроении (ГФП) можно отнести:

— время технологической подготовки производства (ТПП) становится соизмеримым со временем изготовления приборов, не осуществляется организационно-технологическое проектирование ТПр (т.е. их разработка с учетом целевой функи ции заказа, способа организации производства, загрузки оборудования подразделений), актуальное для единичного и мелкосерийного производства, и реализуемое в работе путем информационной интеграции автоматизированных систем проектирования технологических процессов (САПР ТП) и управления;

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

— управление ТПр изготовления приборов не отвечают необходимости своевременной штучной поставки приборов по большому числу контрактов;

— для организации управления ТПр необходимо знание времен выполнения операции, однако ТПП выполняется весьма укрупнено или отдается на откуп мастерам или рабочим;

— методологии построения САПР ТП, автоматизированных систем управления ТПр (АСУТП) и систем управления и планирования предприятием разного уровня (ERP (Enterprise Resourse Р1аппт§)-системы, MRP-2 (Manufacturing Requirement Planning), Scada (Supervisoru Control And Data Acquisition) и др.) направлены на обслуживание серийного и крупносерийного производства, ориентирована на североамериканский (отчасти западноевропейский) способ осуществления технологий, в то время как ГФП относится к единичному и мелкосерийному;

— ERP и MRP-2 -системы позволяют автоматизировано разрабатывать объемные планы, разработка точных календарных 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, обеспечивающих принятие решений на основе полученных результатов;

— имеется информационный вакуум между АСУТП и ERP-системами, не позволяющий оперативно прогнозировать и 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).

К основным недостаткам объекта исследования относятся следующие.

1 .Низкая степень формализации проектных процедур, не позволяющая оперативно синтезировать параметры и структуры ТПр в САПР ТП и планы всех уровней в АСУП и АСУТП.

2. Отсутствие информационной интеграции между САПР ТП и системами управления ресурсами предприятия (АСУП) и технологическими процессами (АСУТП).

3.Недостаточный учет состояния ТП при решении задач подготовки производства.

4. Отсутствие в САПР ТП методологии организационно-технологического проектирования.

Научная проблема — создание теоретических основ для построения автоматизированных систем проектирования технологических процессов и сопровождения изготовления изделий в ПС геофизического приборостроения.

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 теории: систем автоматизированного проектирования, построения технологических процессов в машиностроении, автоматизированных систем управления предприятием и технологическими процессами, систем, проектирования. Решение задач исследования выполнялось с учетом требований стандартов (ISO 9000) управления качеством [242], методологии Бережливого производства (Learn Manufacturing) [170,204,241 и др.].

Аннотация диссертационной работы.

В первой главе осуществляется обоснование актуальности исследования в области разработки САПР ТП и АССП в геофизическом приборостроении. Приведены характеристики и особенности производственной системы и изготавливаемых изделий в ГФП. Проводится анализ: существующей методологии автоматизированного проектирования ТПр, научных и практических результатовисследований и практических результатов по управлению ТПисследований по методологическим основам теории проектирования, теории систем, искусственного интеллекта и CALSтехнологий. Обсуждается постановка научной проблемы исследования. Приводятся цель и задачи исследования.

Во второй главе проводится, исследование: состава агентов и функции ПСсвязей элементов ПС, иерархии и классификации ее подсистемцикла работы ПСструктуры времен и временных связей в ПС и' ее ТПструктуры парка оборудованиятеоретико-множественной модели ПС. Рассматриваются предпосылки системного подхода к анализу ПС, связи ПС с внешней средой. Произведен анализ и ранжирование связей элементов ПС, обоснован состав агентов ПС. Исследована и обоснована иерархия агентов (элементов) ПС, дана классификация и сформулированы функции подсистем. На основе исследования цикла работы ПС даны рекомендации по его сокращению, получены формулы для расчета длительности цикла. Исследованы способы сокращения производственного и технологических циклов. Предложен способ определения потребного числа оборудования различных типов. Дано теоретико-множественное описание функций агентов и элементов ПС.

В третьей главе на основе исследования закономерностей принятия решений в подсистемах САПР ТП и АССП с элементами искусственного интеллекта, разработан комплекс моделей и методик организации ПТП. Обоснованы правила декомпозиции процесса проектирования в САПР ТП и АССП, предложены системные принципы, которые нужно реализовать при формализации процесса проектирования в САПР ТП и АССП, выявлены и охарактеризованы основные системные характеристики 1111 и проектируемых объектов. Предложены: функциональная схема решающей системы с элементами ИИ и смысловое понятие термина «процесс проектирования». Обсуждены способы представления знаний и условий решаемой задачи в системах с элементами ИИ, определены основные требования, предъявляемые к системам, показана связь преобразования представлений с декомпозицией 1111. Показана возможность исследования не пространства состояний проектируемого объекта (решений на различных уровнях), а параметров, которые описывают эти состояния в целенаправленных системах. Предложены модели представления знаний в САПР ТП и АССП. Разработан механизм принятия решений и накопления знаний в подсистемах САПР ТП и АССП, инвариантный к моделям представления знаний. Установлены принципы формирования критериев и целевых функций на уровнях 1111, определены основные этапы создания решающих систем.

Четвертая глава посвящается формализации методики автоматизированного проектирования технологических процессов. Дана постановка задачи. Предложена интегрированная информационная модель ТП (ограничения на ТПр), учитывающая их текущее состояние и организационно — экономические соображения. Обоснованы принципы создания САПР ТП и способ декомпозиции 1111 в САПР ТП. Предложена систематизация и иерархическое представление базы знаний на основе продукционных моделей для проектирования ТПр единичных деталей, и на основе аналогов и типизации. Разработана теоретико — множественная модель САПР ТП, учитывающая концепцию взаимодействия с АССП и ТП. Дано формализованное представление типовых процедур при проектировании ТПр. Разработана модифицируемая иерархическая система критериев и целевых функций для отбора решений на уровнях декомпозиции, предложено формальное описание процедур накопления и обобщения опыта проектирования в САПР ТП. Предложены алгоритмы проектирования.

Пятая глава посвящается формализации процедур проектирования в подсистеме автоматизированного сопровождения производства. Дана постановка задачи. Выявлены и проанализированы принципы создания АССП. Представлена теоретико-множественная модель АССП, учитывающая концепцию взаимодействия с САПР ТП и ТП. Разработаны формальные правила построения и корректировок объемного плана, календарного плана, календарного плана — графика, и осуществления диспетчирования ТП. Показана математическая постановка задачи составления КПГ. Выявлены иерархические приоритетные схемы прохождения деталей по операциям и формальные правила их выбора, учитывающие состояние в ТП. Приведены формальные процедуры управления и оценки ситуации в ТП при составлении всех видов планов и диспетчировании. Исследована область возможных состояний в ТП, проанализированы возможные причины отклонений выпуска деталей от КПГ. Предложен способ управления ТП на основе аппарата нечетких множеств.

Шестая глава, посвящена реализации, апробации и анализу предложенных моделей и методов. Определение степени достоверности разработанных методик проводится сопоставлением синтезированных на их основе вариантов ТПр с экспертными решениями, и рабочими ТПр. Методики, заложенные в АССП, апробировались в производстве, результаты сравниваются с полученными фактическими данными в близких ситуациях при реализации указаний экспертов. Показана оценка средствами моделирования размерной структуры ТПр. Показана реализация методики формирования структуры станочного парка ТП. Приведены результаты реализации методики диспетчирования, основанной на нечетких множествах. Обсуждаются результаты апробации и программных реализаций компонентов САПР и АССП.

В заключение приведена общая характеристика, основные результаты работы.

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», «целостность-разобщенность», «внешняя среда», «подчиненность, целей», «преемственность структур», позволяющая1 получить новые системные свойства при проектировании ТПр и сопровождении производства изделий и определяющая функции, структуры, информационные связи и параметры решений САПР ТП и АССП.

2. Методика представления процесса проектирования (1111) 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, модель 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 ПСгенерации множества вариантовреализации 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, отражающая иерархию планирования и управления организации. Методика основана на: анализе и распознавании текущего состояния в ТПна анализе и выборе приоритетных схем прохождения деталей по операциямна 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» 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.

6.6. Основные выводы по главе.

1. Организационно-технологическое проектирование технологических процессов в ГФП, основанное: на учете информационных связей с АССП и состояния в ТПна технологических, организационно-экономических и системных закономерностях построения технологий, позволяет повысить степень формальности проектных процедур, обеспечить необходимое качество изделий, сократить трудоемкость проектирования в 2,5−3 раза.

2. Интервальные критерии оценки решений на уровнях декомпозиции процесса проектирования, сформированные по принципу справедливой относительной уступки и выражаемые через параметры ТПр данного уровня декомпозиции и параметры состояния ТП, обеспечивают сокращение трудоемкости проектирования и получение решений в соответствии с глобальной целевой функцией.

3. Программные средства моделирования размерной структуры технологических процессов обеспечивают точность технологий на этапе проектирования, уменьшают объем доработок при внедрении до 50%, уменьшают материалоемкость изделий до 5−7%.

4. Рациональная структура ТП, конструкторско-технологическая унификация, временная интеграция работ по запуску являются обязательными предпосылками эффективной работы производственных систем в ГФП.

5. Трехуровневые процедуры разработки планов в АССП, основанные на распознавании ситуаций в ПС (исходя из соотношения планов и мощностей) и в ТП (по загрузке групп и типов оборудования) и постепенном уменьшении дискретности итераций отвечают концепции постоянного накопления и корректировки планов в ГФП. Управление посредством АССП эффективнее традиционных способов управления, и обеспечивает своевременное выполнение работ (принцип «точно во время») и ритмичную работу ТП. Методики, реализованные в АССП, обеспечивают сокращение сроков разработки всех уровней планов, сокращение очередей на выполнение операций и соблюдение циклов изготовления изделий.

6. Диспетчирование ТП на основе аппарата нечетких множеств отличается простотой, и обеспечивает оперативное введение ТП в плановый режим работы. Применение методики возможно при числе рабочих мест до 30, наличии квалифицированного управленческого персонала и упрощенной системы учета работ.

7. В результате проведения и внедрения всего комплекса мероприятий выработка с 1 -го рабочего места в условиях ООО «Нефтегазгеофизика» места увеличилась на 50−65%.

Заключение

.

В результате выполнения диссертации, в соответствии с целью и задачами исследования, были получены новые научные знания и практические результаты, позволяющие трактовать работу, как законченное научное исследование. Реализация результатов работы позволяет повысить эффективность функционирования производственных систем ГФП путем сокращения сроков и совершенствования ТГТП и планово — организационного сопровождения производства изделий.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Предложены на основе теоретико-множественного подхода, учета системных отношений и категорий «часть-целое», «система-подсистема», «целостность-разобщенность», «внешняя среда», «подчиненность целей», «преемственность структур» способы информационной интеграции САПР ТП, АССП и ТП, обеспечивающие организационно-технологическое проектирование ТПр с учетом загрузки оборудования и сопровождение 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 состояния ТПр.

3. Предложены иерархические модели знаний для информационного обеспечения САПР ТП на основе теоретико-множественного подхода и выявленной иерархической системы исходных положений, вытекающей из технологических 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, разработке управляющих программ для станков с ЧПУпроцедур оценки решений на уровнях системами критериев, зависящими от целевой функции ПС и состояния ТП, 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 сопровождениявзаимосвязи объемного, календарного, оперативного планирования и диспетчированияоперативном планировании и диспетчировании на основе распознавания ситуации в технологических подразделенияхавтоматическом переходе от одного уровня сопровождения к другому и в режим диалога.

7. Развиты 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 диспетчированиятехнологических процессов на основе аппарата нечетких множеств, новизна которой заключается в ее применении применительно к дискретным машиностроительным объектам, выявлении совокупности входных и выходных параметровразработке правил нечеткого вывода.

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

1. Показана необходимость системной и информационной интеграции САПР ТП, АССП и ТП в рамках производственной системы, что создает возможность: реализации дополнительного уровня управления технологическими подразделениями за счет проектирования ТПр с учетом целевой функции ПС и текущей загрузки оборудованияосуществлять планирование и диспетчирова-ние 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 систем автоматизированного проектирования, сочетающих методики многоуровневого проектирования единичных и унифицированных ТПр, и учитывающие загрузку оборудования ТП.

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 степеныо автоматичности получать описания ТПр на различных уровнях декомпозиции.

4. Теоретически и практически обоснован и сформирован комплекс интервальных критериев, позволяющих 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 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, рекомендованы программные средства.

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

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», «целостность-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 решениймодели 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 тех-нологичнских 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 проектированиядля< 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 ЧПУпроцедур оценки решений на уровнях системами критериев, зависящими от целевой функции производственной системы, состояния ТП и параметров технологии рассматриваемого уровня декомпозицииспособов 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 диспетчированияинтервальной критериальной-оценке, обеспечивающей реализацию обратных межуровневых связей, автоматический переходе от одного уровня сопровождения к другому и в режим диалогаоперативном планировании и диспетчировании на основе интер-' вального 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.

Учитывая, что процессы проектирования и разработки изделия, технологическая подготовка производства (ТПП), производственное планирование и управление производством должны реализоваться в рамках единого информационного пространства (ЕИП), то интеграция разработанных САПР ТП и АССП в ЕИП может явиться первым, направлением дальнейших исследований. Вторым направлением работ может явиться доработка и распространение результатов исследования на другие производственные системы МСП и ЕДИ.