, где А - множество элементов системы, а R - множество отношений между ними. Если исключить тривиальные случаи типового проектирования, когда состав и структура системы неизменна и задача сводится к расчету переменной, а также поисковое проектирование, когда неизвестны элементы, реализующие потребные функции, то в подавляющем большинстве случаев оригинального проектирования оно сводится к соединению между собой известных элементов А для получения новой технической системы с заданными функциональными возможностями, характеристики которой удовлетворяют техническим требованиям. Т.о. на концептуальном уровне необходимо определить: 1) модели элементов, 2) методику построения из них системы.
В основе методики построения структуры технических систем лежат концептуальные И/ИЛИ графы. В качестве элементов, представляющих собой обобщенные строительные блоки различных уровней абстракции, целесообразно использовать системные компоненты (СК). СК представляет собой физически реализуемые элементы технических систем. Они являются обобщенными в том смысле, что каждый компонент может иметь множество реализаций.
Формально системный компонент в общем виде представляет собой пятерку:
a, (1)
где P - основное свойство (наименование и/или функция), S - исходная система, D - система данных, F - порождающая система, Str - структура системы.
Порождающая система может состоять из двух подсистем:
F=, (2)
где Fb - знания о характеристиках, Fg - геометрические знания (параметризованный образ).
Индекс а - определяет уровень абстрагирования:
а={функциональный, принципиальный, конструктивный, рабочий}.
Некоторые составляющие модели СК могут отсутствовать. Минимально необходимый набор включает пару . D - отсутствует при описании оригинальных компонент, но необходим при описании стандартных, нормализованных, типовых, унифицированных и покупных элементов. Fg - отсутствует у компонент, не имеющих геометрического представления. Str - отсутствует для неделимых элементов и агрегатов низшего уровня.
Системный компонент является фундаментальным модулем для построения интегрированных интеллектуальных систем проектирования.
Рис. 1. Ось гладкая
Для иллюстрации введенных понятий рассмотрим простейшую машиностроительную деталь - ось (рис. 1). Наименование оси - «ось гладкая»; функция заключается в базировании элементов кинематической пары с восприятием изгибающего момента. В качестве базы используем группу деталей типа «ось», имеющихся на данном производстве. В данном случае база представляет собой декартово произведение двух параметров b1 и b2 (табл. 1). Параметр b1 - наименование детали. Конкретный параметр b2 может быть задан с помощью любой взаимно однозначной функции, которая каждой детали ставит в соответствие уникальный идентификатор, например, как это принято в ЕСКД, трехзначный регистрационный номер. В качестве обобщенного параметра здесь удобно принять целочисленный порядковый номер оси, под которым она будет записываться в базу данных. Согласно терминологии баз данных наименование детали и номер являются составным ключом реляционного отношения, описывающего ось как систему.
Таблица 1. Словарь
Идентификатор | Тип | Имя |
a1 | F5.2 | Диаметр оси стандартной, мм |
a2 | F5.2 | Длина оси стандартная, мм |
a3 | F5.2 | Ширина фаски,мм |
a8 | A20 | Марка материала |
b1 | A14 | Наименование детали |
b2 | I6 | Номер детали |
Чтобы представить характеристики реальной детали в ЭВМ, мы должны использовать переменные различных типов. В табл. 1 типы переменных имеют следующие обозначения: целый - I, вещественный - F, символьный - A. Переменные рассматриваются как операционные представления характеристик, а параметры - базы. В словаре каждые переменная и параметр имеют имя, идентификатор и тип.
Вернемся к описанным выше характеристикам детали. С точки зрения пользователя выходными переменными являются: наименование детали; диаметр оси исходный, мм; длина оси исходная, мм; марка материала; изгибающий момент, N*мм.
Исходные размеры оси задаются конструктивно, материал назначается конструктором, а изгибающий момент определяется на более высоком уровне абстрагирования (принципиальном).
Выходные характеристики оси: 1) геометрические: а1 - диаметр оси стандартный, мм; а2 - длина оси стандартная, мм; а3 - ширина фаски, мм; 2) не геометрические: точность диаметра; знак шероховатости; величина шероховатости, мкм; знак твердости; величина твердости; вид термообработки; вид покрытия.
Исходная система S детали «ось гладкая» представляет собой реляционное отношение (табл. 2).
Система данных D в данном случае хранит доступный набор геометрических переменных «диаметр оси стандартный, мм» и «ширина фаски, мм» (табл. 3). Переменная «длина оси стандартная, мм» определяется в порождающей системе Fb по стандартному диаметру и исходной длине. На рис. 2 дано внешнее представление блока принятия решений, реализующего элементарную порождающую систему для определения стандартной длины оси. Такой блок определяет собой продукционное правило с таблицами условий (верхняя) и значений (нижняя). Совокупность блоков, объединенная в вычислительную модель образует базу знаний, которая функционирует под управлением планировщика, выполняющего функции логического вывода.
Таблица 2 Таблица OS: Ось гладкая
Имя поля | Формат | Наименование |
b2 | I6 | Номер детали |
a1 | F5.2 | Диаметр оси стандартной, мм |
a2 | F5.2 | Длина оси стандартная, мм |
a3 | F5.2 | Ширина фаски, мм |
Таблица 3. Отношение: Ось гладкая
a1 | a3 |
8 | 0.6 |
10 | 1.0 |
12 | 1.0 |
13 | 1.0 |
14 | 1.6 |
Блок: r5.
Разработчик: Евдокимов С.А.
Наименование: Определение стандартной длины.
Источник информации: Анурьев В.И. Справочник конструктора, т. 2
Наименование параметра | Значение | Имя |
1. Наименование детали | ось гладкая, ось с буртиком | |
2. Диаметр оси стандартной, мм | (0,18] | |
3. Длина оси исходная, мм | (0,20] | |
4. Длина оси стандартная, мм | | |
Длина оси исходная, мм | Диаметр оси стандартный, мм |
5 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16,18 |
(0,12] | 12 | | | | | | |
(12,14] | 14 | 14 | | | | | |
(14,16] | 16 | 16 | 16 | | | | |
(16,18] | 18 | 18 | 18 | 18 | | | |
(18,20] | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | | |
Рис. 2. Блок значения стандартной длины оси.
В порождающей системе Fb системной компоненты «ось гладкая» помимо значений о геометрической характеристике хранятся также прочностные, точностные и технологические значения. В качестве примера элемента таких значений на рис. 3 приведен блок расчета диаметра оси.
Блок: r1. Разработчик: Евгенев Г.Б.
Наименование: Расчет диаметра оси.
Источник информации: Анурьев В.И. Справочник конструктора, т. 2
Наименование параметра | Значение | Имя |
1. Наименование детали | ось гладкая, ось с буртиком | |
2. Изгибающий момент, N*мм | (0.,95000) | A9 |
3. Допустимые напряжения изгиба, МПа | [0.6,0.95] | A10 |
4. Диаметр оси расчетный, мм | | |
Наменование детали | Изгибающий момент, N*мм |
(0.,95000) |
ось гладкая, ось с буртиком | (А9/(0.1*А10))**(1./3.) |
Рис. 3. Блок расчета диаметра оси.
Инженерное значение, хранящееся в порождающей системе Fb целесообразно представлять в непроцедурной форме с помощью реляционных баз данных и продукционных баз знаний, как это было показано выше. Геометрические значения Fg представляются в форме параметризованных образов, описываемых через формальные параметры с помощь подпрограмм на геометрических языках процедурного типа. Пример такой программы на языке СПРУТ приведен ниже.
! Ось гладкая SUB AXCIL; SYSTEM GPS; SYSTEM SGR; SYSTEM SGM; SYSTEM SDB; SYSTEM SETS; SYSTEM DOG GROUT 1; GRMODE 1; WINDOW -50, -25, 50, 25 OPENBASE "Parts" TABLE "OS" GET D="a1"; L="a2"; F="a3" P1=X(0),Y(0); P2=X(0),Y(D/2-F); P3=X(F),Y(D/2); P4=X(L-F),Y(D/2); P5=X(L),Y(D/2-F); P6=X(L),Y(0) K1=P1,P2,P3,P4,P5,P6,P1 DRAW K1 TOSET (1)=K1 P3D1=0,0,0; P3D2=0,L,0, SOLID 1=ROT,P3D1,P3D2,SET[1],P2,m(0.1) NEWBASE "Proj1" MKSEGM "Axcil" OUTKONT K1 SUBEND | ! Подготовка вывода на монитор ! Открытие базы данных ! Выбор таблицы ! Считывание параметров
! Формирование точек контура ! Контур образующей ! Вывод контура на монитор
! Точки на оси вращения ! Твердотельная модель детали ! Создание графической базы ! Создание графического сегмента ! Вывод образующей в графическую базу |
Описанная методология была использована при создании интеллектуальных систем автоматизированного конструирования и проектирования единичных технологических процессов.
Опыт показал, что трудоемкость создания и эксплуатации таких систем была уменьшена на порядок.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Евгенев Г.Б., Евдокимов С.А., Рыбаков А.В. Интегрированная интеллектуальная система для инженеров // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. - 1995. - N 3. - с. 35 - 42.
2. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач: Пер. С англ.. - М.: Радио и связь, 1990. - 544 с.