Автоматизированное проектирование ТП методом синтеза

При проектировании методом синтеза отсутствуют разработанные ранее ТП (индивидуальные или унифицированные). Использование этого метода предполагает синтез ТП из отдельных составляющих – фрагментов и элементов ТП.

Метод синтеза с использованием фрагментов унифицированных ТП (аналогов) основан на формировании нового индивидуального ТП из структурных фрагментов ТП-аналогов. При этом ни один ТП-аналог не может быть единственным прототипом проектируемого ТП. Сущность метода состоит в том, что в ТП-аналогах выделяют такие части (фрагменты), которые можно использовать в проектируемом ТП. Причем каждый фрагмент должен состоять из непрерывающейся последовательности элементов ТП-аналога и содержать не менее двух элементов. Например, если ТП-аналог включает операции:

ТП=(О1,О2,О3,О4,О5,О6,О7),

где Оi-операция, то:

О2,О3,О4 и О4,О5-фрагменты, но О2,О4,О5-не фрагмент, т.к. прерывается последовательность операций.

Правила объединения фрагментов, чаще всего, основаны на совпадении первого элементов фрагментов. Например, фрагмент Фl присоединяет фрагмент Фm, если последний элемент фрагмента Фl совпадает с первым элементом фрагмента Фm. Очевидно, что в базе данных ТП таких фрагментов для каждого случая может быть несколько. Поэтому в системе автоматизированного проектирования должна быть поисковая процедура, обеспечивающая ранжирование фрагментов по степени близости к исходному ТП.

Метод синтеза с использованием элементов ТП основан на том, что элементы технологических процессов получены на этапе унификации ТП и хранятся в базе данных "Унифицированные элементы ТП". В процессе проектирования технолог с помощью информационно-поисковой системы отыскивает в базе данных подходящие элементы ТП и формирует из них проектируемый ТП.

Метод синтеза без аналогов основан на использовании логических правил и аналитических зависимостей между данными об изделии и возможными составами технологических процессов его изготовления, установленными в процессе создания САПР. Исходными данными при этом являются характеристики из рабочего чертежа изделия. Этот метод позволяет максимально автоматизировать процесс проектирования ТП, однако, в связи со сложностью формализации, используется только для узко специализированных областей.

Выбор рационального варианта ТП

Выбор рационального варианта ТП - это задача оптимизации ТП, которая является многовариантной. Постановка задачи оптимизации ТП заключается в следующем:

- устанавливается критерий оптимальности ТП (например: минимальная себестоимость, максимальная производительность, наибольшая загрузка оборудования и др. или одновременно несколько критериев при многокритериальной оптимизации);

- определяется множество параметров X=(x1,x2,...,xn), оказывающих основное влияние на эффективность ТП в соответствии с выбранным критерием;

- разрабатывается целевая функция F=F(X) (например, если в качестве критерия оптимальности выбрана минимальная себестоимость ТП, то целевой функцией должна быть зависимость себестоимости ТП от его параметров);

- решается задача оптимизации, заключающаяся в нахождении экстремума целевой функции, в результате чего находится один из возможных ТП, параметры которого доставляют экстремум целевой функции (например, если критерием оптимальности является минимум себестоимости, то для каждого технологического процесса рассчитывается значение целевой функции, определяется ее минимальное значение и соответствующий технологический процесс).

В настоящее время принято рассматривать структурную и параметрическую оптимизацию.

Структурной называют оптимизацию, связанную с выбором структуры ТП. Структурная оптимизация очень плохо поддается формализации. Поэтому в настоящее время решение этой задачи осуществляется, в основном, путем сокращения вариантности ТП за счет:

- унификации технологических решений;

- вмешательства проектировщика в процесс автоматизированного проектирования для направленного поиска рационального варианта ТП.

Параметрической называют оптимизацию, связанную с изменением параметров ТП при заданной структуре (например, определение рационального состава используемого оборудования, инструментов, оптимальных режимов резания и др.). Для параметрической оптимизации применяются методы линейного и нелинейного программирования.

Методы оптимизации – используются для определения наиболее рационального варианта решения задачи из возможных вариантов. Это задача поиска экстремума целевой функции F(X) путем варьирования проектных параметров X в пределах допустимой области:

extr F(X) ,

XÎDx

где F(X) – целевая функция;

X – вектор управляемых (проектных) переменных;

Dx – допустимая область изменения X.

Выбор критерия эффективности осуществляется индивидуально в соответствии с конкретными условиями. Оптимизация может быть по одному и нескольким критериям (многокритериальная оптимизация).

При многокритериальной оптимизации одновременно учитываются несколько критериев. Создается компромиссный критерий, в котором учитываются одновременно несколько выбранных критериев E₁, E₂, ..., E_r (E_i-локальные критерии).

Для каждого E_i решается задача оптимизации и вычисляются их экстремальные значения E_i^* (i=1,2,...,r).

Записываются уравнения отклонений каждого критерия от оптимального значения:

Q_i= E_i - E_i^*

Для каждого критерия определяются весовые коэффициенты l_i (0<l_i<1 и Sl_i=1. Записывается компромиссный критерий с помощью аддитивной функции свертки:

Q = S Q_i l_i

после чего решается задача оптимизации.

Методы решения задач оптимизации: аналитические, имитационные, аналитико-имитационные.

Аналитические методы используют аппарат математического программирования. Находится целевая функция: F=F(x₁,x₂,...,x_n), где x₁,x₂,...,x_n – переменные. Графическая интерпретация: если одна переменная – 2D, две переменных – 3D.

Применяется 14 методов оптимизации: общий поиск, деления интервала пополам, дихотомии, золотого сечения, Фиббоначи, покоординатного подъема, исключения областей, случайного поиска, градиентный, Флетчера-Ривса, Дэвидона-Флетчера-Пауэлла, конфигураций Хука-Дживса, Розенбока, симплекс-метод.

Имитационные методы используются для создания имитационной модели технологического процесса и экспериментирования с ней в условиях реальных ограничений с целью выбора удовлетворяющего варианта ТП, обеспечивающего достижение заданного критерия оптимизации. Используется теория и системы массового обслуживания. Для моделирования разработаны специальные языки программирования: Симскрипт, Симула, GPSS.

Аналитико-имитационные методы объединяют рассмотренные методы.