Гамаюн Ігор Петрович. Моделі та методи інформаційної технології адаптивного синтезу оптимальної технологічної схеми складання

Краткое описание

Гамаюн Ігор Петрович. Моделі та методи інформаційної технології адаптивного синтезу оптимальної технологічної схеми складання: дис... д-ра техн. наук: 05.13.06 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2005

Гамаюн І.П. Моделі та методи інформаційної технології адаптивного синтезу оптимальної технологічної схеми складання. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.06 автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2005.
Дисертацію присвячено проблемі підвищення ефективності функціонування автоматизованих систем і їх функціональних підсистем (ФП), що використовуються інформаційної технологією (ІТ) типу CALS для підготовки й прийняття системних рішень на стадіях життєвого циклу виробів машинобудування і приладобудування. Запропоновано концепцію вирішення цієї проблеми для ФП автоматизованого аналізу виробів і відроблення їх на технологічність, що входить до складу автоматизованої системи технологічної підготовки складального виробництва (АСТП СВ). Концепція полягає в підвищенні рівню обґрунтованості рішень з фактору кількість альтернатив” при відробленні виробів, що складаються, на технологічність їх структури. Розроблено комплекс моделей та методів, що створюють інтелектуальну основу ІТ адаптивного синтезу оптимальної технологічної схеми складання. Цей комплекс дозволяє сформувати повну множину альтернативних варіантів технологічних схем складання виробів, а потім на цій множині визначити компромісну альтернативу. Основні результати знайшли промислове впровадження при удосконаленні АСТП СВ підприємств.

В дисертаційній роботі вирішена важлива науково-практична проблема підвищення ефективності функціонування „Підсистеми”, що входить до складу АСТП СВ ІВК. Підвищення ефективності досягається за допомогою нових ІР і ІЗ ІТ адаптивного синтезу оптимальних ТСС СТО. Ця ІТ, в межах ІТ типу CALS, забезпечує значне підвищення рівня обґрунтованості рішень, що готуються в „Підсистемі” на різних стадіях життєвого циклу виробів машинобудування й приладобудування, які є об’єктами складального процесу.
До основних наукових результатів відносяться:
1. На основі аналізу сучасного стану проблеми підвищення ефективності функціонування автоматизованих систем, що використовуються CALS-технологією, підходів до її розв’язання, отриманих результатів і напрямків їх поліпшення, запропоновано концепцію росту рівня обґрунтованості рішень, що готуються в процесі функціонування „Підсистеми” АСТП СВ ІВК. Реалізація концепції забезпечується розробкою формальних засобів формування системного рішення у вигляді адаптованої до варіанта конструкції СТОС повної множини варіантів структур СТОС. Ця множина використовується на різних стадіях ЖЦ СТОС для постановки задач структурної оптимізації.
2. Розроблено методику реалізації запропонованої концепції для стадії виробництва ЖЦ СТОС. Методика полягає у послідовній реалізації системно-структурного і системно-функціонального аспектів системного підходу, що виражається в послідовній реалізації перетворень, що дозволяють спочатку на основі елементів конструкції СТОС і відношень серед них сформувати повну множину адаптованих варіантів структур СТОС і відповідних їм варіантів ТСС СТО, а потім за допомогою векторного критерію визначити кращий варіант ТСС СТО.
3. Для проведення структурних досліджень розроблено математичну модель СТОС і автоматизовану процедуру її формування. Математична модель зображується у вигляді кортежу, компонентами якого є множина елементів СТОС і відношення, які відображують обмежувальні зв’язки типу фіксоване та нефіксоване сполучення між елементами. Концепцією процедури передбачається віртуальне переміщення елементів СТОС у просторі складального креслення, що дозволяє виявити відношення типу фіксоване сполучення, які обумовлені контактом або проекцією поверхні елементу, що переміщується, на поверхні інших елементів СТОС. У процедурі використовуються інструментальні засоби AutoCAD 2000/2002, що забезпечує інтеграцію задач автоматизації конструкторської та технологічної підготовки складального виробництва.
4. Виявлено напрямок подальшого розвитку методів автоматизованого формування поелементних послідовностей розкладання складання СТОС, що виражається у формалізації аналізу відношень між елементами СТОС в окремих координатних напрямках тривимірного простору і їх різних сполучень з урахуванням головних конструктивно-технологічних вимог доступу та базування. Концепцією формалізації передбачається послідовне відділення (приєднання) як окремих елементів, так і їх сукупностей у тих координатних напрямках, в яких ці елементи не мають обмежувальних відношень типу фіксоване сполучення. Визначені комбінаторні об’єкти у вигляді перестановок, які реалізуються в межах одинадцяти типів вибірок із множини різних сполучень номерів таблиць з відношеннями між елементами СТОС. Аналіз відношень у таблицях, номера яких складають комбінаторні об’єкти, дозволяє отримати повну множину варіантів послідовностей розкладання складання з урахуванням вимог доступу та базування.
5. На основі практичної реалізації фундаментального твердження про подвійний характер підсистем у системі й, виходячи з обмежувальних відношень типу фіксоване й нефіксоване сполучення серед елементів СТОС, сформульовано специфічний закон утворення підсистем СТОС. Цей закон полягає у тому, що деяке сполучення елементів СТОС виявляється підсистемою, коли, з одного боку, воно виявляється цілісним утворенням, яке задовольняє вимогам побудови систем, а, з іншого боку, до його состава не повинні включатися елементи, які обмежують при складанні доступ до місця установки іншим елементам і сполученням елементів, що не включаються до составу цього сполучення.
6. Розроблено комбінаторний метод формування генеральної множини підсистем СТОС, що містить усі підсистеми, утворення яких допускається відношеннями типу фіксоване й нефіксоване сполучення серед елементів конструкції СТОС. Метод складається з алгебрологічних правил утворення підсистем (FR), які є формалізованим виразом відповідної закономірності, а також із процедури породження перспективних сполучень, які могуть відповідати FR. Показано поліноміальний характер складності процедури, що визначає можливість її практичного використання.
7. Розроблено метод автоматизованого формування множини варіантів структур СТОС заданого типу й множини відповідних варіантів ТСС СТО з базовим елементом, що адаптовані до варіанту конструкції СТОС. Метод складається з : процедури розподілу підсистем вибірок із їх генеральної множини по рівнях ієрархії з урахуванням вимоги утворення структур заданого виду; процедури автоматизованого визначення базового елемента в підсистемах варіанта структури; процедури перетворення варіантів структури СТОС у варіант ТСС СТО з базовим елементом; теоретично обґрунтованих тверджень формування вибірок підсистем, згідно яких у вибірку включаються підсистеми, які мають оригінальні базові елементи і які задовольняють вимогам утворення структур СТОС заданого виду. Використання цих тверджень дозволяє синтезувати відмінні один від одного варіанти ТСС СТО.
8. На основі сітки Петрі та її модифікацій розроблено імітаційну модель процесу утворення СТОС по варіантах ТСС СТО. Модель, що основана на принципі прямого опису процесу, відображує такі його головні властивості, як паралельність, дискретність і асинхронність. Структурні властивості моделі й характеристики, отримані шляхом її виконання, дозволяють отримати оцінки тривалості процесу утворення й витрат ресурсів на його утворення. Розроблена автоматизована процедура утворення імітаційної моделі, необхідність якої обґрунтовується високою трудомісткістю утворення моделей для усіх варіантів ТСС СТО у ручному режимі.
9. Виявлено напрямок подальшого розвитку методів рішення дискретних багатокритеріальних задач структурної оптимізації, що виражається в отриманні розподілу дискретних альтернатів у вигляді варіантів ТСС СТО у просторі значень безрозмірних локальних критеріїв, які відображують оцінки довготривалості процесу утворення СТОС і витрат ресурсів на утворення процесу. Запропонована структуризація області розподілу альтернатив з урахуванням типу виробництва, що дозволяє суттєво скоротити перебір варіантів, що оцінюються за допомогою узагальненого критерію, якщо спочатку задати тип виробництва.
10. Створено схему взаємодії розроблених ІР і ІЗ ІТ адаптивного синтезу оптимальних ТСС СТО, що реалізується у процесі функціонування „Підсистеми” при відробленні СТОС на технологічність структури на стадії виробництва.
11. Практичне значення результатів дисертаційної роботи підтверджено актами про впровадження на машинобудівних і приладобудівних підприємствах: ВАТ „Харківський тракторний завод”, Харківський машинобудівний завод „ФЕД”, Державне підприємство „Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування”, Державне підприємство „Завод імені Малишева”, Державне науково-виробниче об’єднання „Комунар” а також довідкою про їхнє використання у навчальному процесі кафедри автоматизованих систем управління НТУ ХПІ”.