на правах рукописиАверченков Андрей ВладимировичАВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ МАЛЫХ ИННОВАЦИОННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИСпециальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в машиностроении)АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наукСаратов – 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Брянский государственный технический университет»Научный консультант - доктор технических наук, профессор Ильицкий Валерий БорисовичОфициальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Бровкова Марина Борисовна доктор технических наук, профессор Волков Дмитрий Иванович доктор технических наук, профессор Кондаков Александр ИвановичВедущая организация – ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».Защита состоится 28 марта 2012 г. в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, ауд.414 главного корпуса.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.». Автореферат размещен на сайте Высшей аттестационной комиссии при Минобрнауки России wak.ed.gov.ru « 31» января 2012 г.Автореферат разослан «____» февраля 2012 г.Ученый секретарь диссертационного совета А.А. Игнатьев^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. В современных российских условиях в машиностроительной отрасли сложилась ситуация, при которой большинство крупных промышленных предприятий, успешно существовавших до начала девяностых годов, оказались не в состоянии выживать в конкурентной среде. Среди причин неудач необходимо особо выделить тотальное устаревание технической базы, необходимость содержать ряд малоэффективных подразделений, длительный цикл подготовки производства новых изделий, отсутствие крупных оборотных средств, высокий средний возраст инженерных кадров. В настоящее время, из крупных машиностроительных предприятий наилучшим образом себя чувствуют предприятия, работающие на оборонные отрасли или по государственным заказам, с редко изменяющимся номенклатурным рядом продукции и ограниченно участвующие в конкурентной борьбе. В связи с этим, особое место стали занимать активно создаваемые машиностроительные малые инновационные предприятия (МИП), которые даже в кризисных условиях имели возможность успешно конкурировать на рынке, развиваться и приносить прибыль. Среди этих предприятий наиболее перспективными показали себя МИП, использующие во всех сферах их деятельности современные информационные технологии, среди которых особое место занимают вопросы автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства, реализуемые в виде различных CAD/CAM/CAE-систем и прикладных автоматизированных систем. При этом, как показал анализ при оценке их конкурентоспособности, наиболее важными вопросами для МИП в управлении производством являются вопросы автоматизации ТПП, что говорит об актуальности проведенного диссертационного исследования. Представленное диссертационное исследование базируется на работах советских и российских ученых в областях автоматизации технологической подготовки производства, технологии машиностроения, режущего инструмента и технологических приспособлений, теории резания, теории разработки информационных автоматизированных систем. В частности, стоит отметить таких ученых, как Базров Б. М., Балакшин Б.С., Безъязычный В.Ф., Бочкарев П.Ю., Бржозовский Б.М., Васильев А.С., Волков Д.И., Волчкевич Л.И., Воронов А.Г., Гатчин Ю.А., Горанский Г.К., Григорьев С.Н., Емельянов, С.Г., Желобов А.А., Иноземцев А.Н., Капустин Н.М., Кондаков А. И., Корчак С.Н., Корсаков В.С., Кутин А.А., Малов А.Н., Митрофанов В.Г., Митрофанов С.П., Павлов В.В., Пуш А.В., Рыжов Э.В., Соломенцев Ю.М., Смоленцев В.П., Султан-Заде Н.М., Суслов А.Г., Федонин О.Н., Федоров В.П., Цветков В.Д., Шаумян Г.А., Шептунов С.А., , Яблочников Е.И. Ящерицын П.И. и др.Объект исследования – процесс технологической подготовки производства МИП в машиностроении.Предмет исследования – автоматизированные системы, используемые в процессе технологической подготовки производства МИП в машиностроении.Цель работы – повышение эффективности деятельности МИП в машиностроении за счет автоматизации ТПП на основе формализации процедур выбора и реализации технологических и организационно-технических решений.^ Для достижения цели исследования решены следующие задачи. Решена научная проблема автоматизации процесса технологической подготовки производства малых инновационных предприятий за счет интеграции существующих и комплекса разработанных автоматизированных подсистем в рамках АСТПП. Разработан метод идентификации и распознавания конструкторско-технологических элементов деталей на основе 3D-модели и 2D-чертежа, достоверно подтвержденный разработанным программным комплексом интеграции CAD-систем и САПР ТП. Создан новый научно обоснованный подход к построению автоматизированной системы выбора прогрессивного режущего инструмента на примере токарного инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами в условиях малых инновационных предприятий. Предложена теория построения инструментальной стратегии обработки и созданы методы ее автоматизированного выбора для элементарных поверхностей деталей. Предложен метод выбора рационального использования режущего инструмента в процессе формообразования на основе нечеткой логики, как кинематической стратегии обработки, для основных элементарных поверхностей, на примере токарной обработки. Предложен научно-обоснованный подход к созданию малых машиностроительных научно-исследовательских инновационных предприятий при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09, как современных интеграционных структур, обеспеченных комплексом технологических, информационных и программных средств. Рассмотрено построение АСТПП и АСНИ таких предприятий и их интеграция в сферу промышленного производства РФ.Методы исследования базируются на методах теории нечетких множеств, теории решения многокритериальных задач на нечетком множестве альтернатив, математической логики, технологии машиностроения, теории автоматизации и управления технологическими процессами и производствами. Исследования проводились с учетом государственных стандартов и рекомендаций.Научная новизна работы заключается в следующем: Предложен и обоснован метод комплексной автоматизации процесса технологической подготовки производства для малых машиностроительных инновационных предприятий, основанный на пересмотренном подходе к технологическому проектированию и применении созданного информационного и программного обеспечения. Разработан метод интеграции CAD-систем и САПР ТП, позволяющий сократить время на ТПП машиностроительных МИП за счет решения научной задачи автоматизированной подготовки исходных данных для проектирования технологических процессов в САПР ТП, на основе распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей из 3D-модели и 2D-чертежа детали с применением теории нечетких множеств и нечеткой логики. Предложен и обоснован метод выбора рационального металлообрабатывающего инструмента в условиях малых машиностроительных инновационных предприятий на основе способов решения многокритериальных оптимизационных задач в условиях различной важности критериев достижения максимума целевой функцией. Метод апробирован на токарном инструменте со сменными неперетачиваемыми пластинами. Обоснована необходимость введения в ТПП МИП термина «инструментальная стратегия обработки», применительно к элементарным поверхностям деталей для учета возможностей современного высокотехнологичного металлообрабатывающего оборудования. Решена научная задача автоматизации процедуры выбора инструментальной стратегии обработки применительно к элементарным поверхностям в условиях интеграции с АСТПП для малых инновационных предприятий на основе многокритериального выбора в условиях определенности. Предложена новая методология создания интеграционных структур и методы построения автоматизированных систем научных исследований на базе малых инновационных предприятий, созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 г. и направленных на обеспечение научных исследований прикладных задач современного автоматизированного машиностроительного производства.Практическая ценность работы заключается в следующем: В результате выполненных исследований получило дальнейшее развитие следующее направление науки в области автоматизации и управления технологическими процессами и производствами в машиностроении - автоматизация технологической подготовки производства (в частности: предложен новый научный подход к эффективной организации автоматизированной системы технологической подготовки производства малых машиностроительных инновационных предприятий, предложен новый метод интеграции конструкторских проектных модулей и систем проектирования технологических процессов, разработан метод выбора рационального режущего инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами для токарной обработки в условиях малых машиностроительных инновационных предприятий, введены термины инструментальная и кинематическая стратегии обработки элементарных поверхностей, научно обоснована их необходимость, предложены научные подходы по выбору наилучшей инструментальной и кинематической стратегий обработки). На основе разработанного и научно обоснованного подхода, а также предложенных методов разработаны автоматизированные системы распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей, выбора рационального токарного инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами, выбора инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей, выбора кинематической стратегии обработки элементарных поверхностей. Разработаны автоматизированные системы обеспечения наукоемких видов деятельности созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 малых инновационных предприятий (в частности: АСНИ в виде виртуальной лаборатории сканирующей микроскопии с доступом к экспериментальной установке через Интернет и автоматизированная система мониторинга научно-технической информации в Интернет в области конструкторско-технологической подготовки производства для машиностроительных МИП).Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований и разработанные программные комплексы нашли широкое применение в деятельности ряда машиностроительных МИП: ООО «ИЦ ВТМ», ООО «Техальянс», ООО «Ультра-плюс», ООО «МТК», ООО «Элемент», ООО «БЗЖТ», ООО «БИС», ООО «КанКор», ООО «Росгидротех», ООО «Спецсервис», что подтверждается соответствующими справками и актами о внедрении. В учебном процессе ФГБОУ ВПО «БГТУ» результаты внедрены на кафедрах "Компьютерные технологии и системы" и "Технология машиностроения" при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплинам "CAD-CAM системы", "Технология автоматизированного производства", "САПР ТП". Получен патент на полезную модель «Аппаратно-программный комплекс для управления удаленным оптическим микроскопом» №110842 от 27.11.2011 г. Получены свидетельства о регистрации электронных ресурсов № 16063 «Автоматизированная БД режущего инструмента для токарной обработки» от 10.08.2010 г., №17089 «Автоматизированная база данных для информационной поддержки деятельности инновационных предприятий в области высоких технологий в машиностроении» от 20.05.2011 г.Результаты работы стали основой проведенных НИР: грант Президента РФ (под руководством автора) «Разработка теории и методов принятия инновационных решений при автоматизированном проектировании процессов изготовления наукоемких изделий» (МК-417.2010.8); НИР «Исследование и развитие новых механизмов интеграции научной и образовательной деятельности в рамках инновационных центров наукоемких технологий» (гос. рег. № 01 2009 54252, заказчик Минобрнауки); НИР «Разработка математических моделей, информационного и программного обеспечения для поддержки инновационных решений в области высоких технологий наукоёмких производств» (гос. рег. №01 2009 64010); НИР «Разработка теории построения инструментальной среды создания многоагентных систем интеллектуализации поиска и анализа данных в глобальных вычислительных сетях» (гос. рег. № 01 2009 54253, Минобрнауки); НИР «Консультационные услуги по проектированию технологической оснастки для штамповки стекольных изделий» (НИР № 1455У); НИР «Разработка отраслевой системы доступа к информационным ресурсам научного и образовательного назначения по приоритетным направлениям развития науки и техники в области искусственного интеллекта и CALS-, CAD-, CAM-, CAE-технологий» (гос. рег. № 01 2006 05586); Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на кафедре «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический институт им. В.Г. Шухова», на расширенном заседании кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет», на расширенном заседании кафедры «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» (в присутствии кафедр «Проектирование технических и технологических комплексов» и «Автоматизация и управление технологическими процессами» ФГБОУ ВПО «Саратовский государственных технический университет», на международных научных конференциях "Качество и ИПИ-технологии" в 2002 г. в г. Москве, на международной научно-технической конференции "Обеспечение качества технологического проектирования в условиях интегрированных САПР. Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение." в 2003 г. в г. Брянске, на межрегиональной научно-технической конференции "Информационные технологии, энергетика и экономика" в 2004 г. в г. Смоленске, на 9-й Международной научно-технической конференции АТМ , 25-29 мая 2009 г., г. Ялта, на Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений» в г. Рыбинск, в 2009 г., на международной научно-практической конференции «Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях» в г. Брянск, в 2009 г., на V Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании» в г. Варна, Болгария, в 2009 г., на IV Международной научно-технической конференции «Наука, техника и технологии XXI века (НТТ-2009)» г. Нальчик, в 2009 г., на четвертой всероссийской научно практической конференции «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии» в г. Оренбург, в 2009 г., . на IV-й Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве. ИТНОП-2010» в г. Орел, в 2010 г., на международной научно-технической конференции «Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности» в г. Могилев в 2010 г., . на международной научно-технической конференции «Перспективные направления развития технологии машиностроения и металлообработки» в г. Минск, в 2011 г., на VII Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании» в г. Варна, Болгария, в 2011 г.и других.Публикации. По результатам исследования опубликовано 76 работ, в том числе 70 статей и тезисов докладов на конференциях (из них 17 в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов докторских диссертаций), 2 монографии, 2 учебных пособия, 1 патент на полезную модель.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 250 наименований, 9 приложений, основная часть содержит рисунки, формулы и таблицы.^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована научная проблема и цели исследования, дана общая постановка решаемых задач и краткое содержание диссертации, определены научная новизна и практическая ценность полученных результатов.^ В первой главе рассматривается ряд научных задач, возникающих в деятельности МИП в машиностроении. Рассматриваются инновации, стратегии развития и деятельности МИП в современных условиях. Определяется роль и место МИП в условиях российского машиностроения. Отмечается, что МИП являются важным компонентом инновационных систем, поскольку выступают в качестве связующего звена между наукой и производством. Необходимо отметить, что сейчас к традиционному взаимодействию предприятий и вузов, добавляется новый участник – МИП, которое берет на себя ряд функций, которые вуз не может выполнять по причине отсутствия современного дорогостоящего оборудования и финансовых ограничений накладываемых государством (имеется в виду ограничения в государственных вузах, связанные налогообложением, бухгалтерским учетом и финансовым контролем), а крупные предприятия не могут их выполнять по причине отсутствия в штате ученых-исследователей и сравнительно высоких расходов на собственные НИОКР (рис. 1). Далее в работе определяются специфические условия МИП, накладывающие ограничения на спектр возможного технологического оборудования, применение которого будет оправдано с коммерческой точки зрения. Рассматриваются пути и средства автоматизации технологической подготовки производства малых инновационных предприятий в машиностроении, анализируются научные проблемы, возникающие в их деятельности при решении конструкторских и технологических задач. Проведенные исследования показали, что традиционный подход к ТПП для крупных машиностроительных предприятий, в условиях МИП машиностроения, себя не оправдывает по причинам широкого применения в МИП современного высокотехнологичного оборудования и инструмента с новыми возможностями, небольшого инженерного коллектива с ограниченным коллективным опытом, сжатыми сроками на технологическую подготовку и производство изделий, высокого уровня кооперации, отсутствии возможностей приобретать дорогостоящие многофункциональные CAD/CAM/CAE-системы и переподготавливать кадры на регулярной основе. Как следствие, такие машиностроительные МИП имеют несистематизированный процесс технологической подготовки производства без его комплексной автоматизации.^ Во второй главе рассматриваются научные основы технологической подготовки производства наукоемких изделий, которые являются специфичными для МИП, а также математические методы и подходы, применяемые в исследовании. Технологическая подготовка производства регламентирована рядом стандартов и рекомендаций в рамках ЕСТПП. Анализ стандартов показал, что для машиностроительных МИП их применение ограничено. Однако, общие подходы стандартов и рекомендаций, несомненно, нашли отражение в настоящей работе.Рис. 1. Взаимосвязи и задачи участников промышленной сферы деятельности Российской ФедерацииУказанные стандарты и рекомендации устанавливают основные этапы традиционного подхода к технологическому проектированию на машиностроительных предприятиях. Применительно к проектированию ТП в условиях МИП, указанная последовательность в целом сохраняется, хотя акценты изменяются и появляются новые задачи. Уровень автоматизации на каждом из этапов технологического проектирования различен. Проведен анализ наиболее важных этапов, уровень автоматизации ТПП которых недостаточен или затруднен. На этапах разработки маршрута обработки заготовки и последовательности обработки поверхностей автоматизация достигается за счет применения САПР ТП. Исследования в этой области проводятся десятки лет и к настоящему времени создан ряд успешно функционирующих коммерческих систем. Однако, процесс кодирования информации о детали (не выделяемый в традиционном подходе, как этап) выполняется проектировщиком вручную. Также, в традиционном подходе отсутствует этап выбора современного инструмента с новыми технологическими возможностями, т.к. проблема его выбора (и тем более автоматизации этого процесса) появилась сравнительно недавно. Этап выбора последовательности обработки поверхностей дополняется автоматизированным выбором инструментальной стратегии обработки конструкторско-технологических элементов (КТЭ), этап выбора или проектирования оборудования в условиях МИП не актуален, т.к. набор доступного оборудования, как правило, ограничен. Этапы расчета норм времени и оформления ТП на бланках достаточно автоматизированы с применением САПР ТП. С учетом рас-смотренных условий функционирования МИП в работе применяется следую-щий пересмотренный подход к этапам тех-нологического проек-тирования (рис. 2). Большинство задач, возникающих в деятельности МИП, сводятся к принятию решений на основе некоторых исходных данных. Важно отметить, что боль-шинство критериев принятия решений для задач автомати-зации технологи-ческой подготовки производства имеют размытый, нечеткий характер, зачастую описываемый качест-венными, а не количественными показателями.Поэтому, в работе для решения ряда задач по автоматизации технологической подготовки производства МИП (например, определение стратегий обработки поверхностей, распознавание образов и конструкторско-технологических элементов КТЭ деталей) была использована теория нечетких множеств, предложенная Л. А. Заде, и являющаяся математическим аппаратом для формализации недоопределенной и противоречивой информации. В работе предложены новые решения, позволяющие организовать и комплексно автоматизировать процесс технологической подготовки производства для современного высокотехнологичного оборудования с применением в производственном процессе последних достижений науки и техники. Предложенные и обоснованные решения для организации АСТПП машиностроительных МИП на основе пересмотра традиционных этапов технологического проектирования и разработки новых моделей, алгоритмов и программных комплексов для комплексной автоматизации процесса ТПП МИП стали основой проводимых диссертационных исследований. ^ В третьей главе рассматриваются вопросы интеграции CAD-систем и САПР ТП, позволяющие решить задачу автоматизированной подготовки исходных данных для проектирования технологических процессов в САПР ТП, на основе распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей из 3D-модели и 2D-чертежа детали. Вопрос целесообразности использования САПР ТП в деятельности МИП неоднозначен. С одной стороны, применение современных CAD/CAM/CAE-систем и станков с ЧПУ исключает такую необходимость, но с другой стороны, отказ от принятой в традиционном российском машиностроении документации может привести к потере контроля над производственным процессом. Поэтому, в условиях МИП существует необходимость разработки и оформления документации на маршрутную или маршрутно-операционную технологию изготовления изделий. Автоматизация этой процедуры достигается за счет применения САПР ТП отечественного производства. Однако, в настоящее время остается нерешенной задача разрыва информационных потоков между модулями CAD/CAM/CAE-систем и САПР ТП. В работе проведен анализ современных CAD/CAM/CAE-систем с точки зрения возможностей подготовки входной информации для технологического проектирования, а также обмена информацией. Проанализированы универсальные форматы хранения и обмена информации (DXF, IGES, STEP, OLE for D&G) о детали с точки зрения возможности передачи данных от CAD в САПР ТП. Сделан вывод о возможности передачи этими форматами геометрической информации в виде 3D-модели и 2D-чертежа, но не в виде конструкторско-технологической модели (КТМ) детали. В результате исследования выбран формат IGES 5.2. Проведены исследования возможностей использования САПР ТП ("Компас-Вертикаль", "Techcard", "ТехноПро" и др.) с точки зрения автоматизации проектирования технологии изготовления изделия при получении информации о КТМ детали из внешних источников. Сделан вывод, что система "ТехноПро" в наибольшей мере удовлетворяет определяемым рамками исследования требованиям. Поэтому она была выбрана как базовая система для тестирования научных результатов. Исследовались геометрические модели (ГМ) на примере наиболее распространенного класса деталей типа "тела вращения", с последующим формированием КТМ деталей для передачи в САПР ТП. В настоящем исследовании для распознавания вида поверхности были введены 37 КТЭ, возможных для передачи в САПР ТП "ТехноПро", составляющих детали типа тела вращения (такие, как торцевая поверхность, уступ, цилиндрическая ступень, внешняя резьбовая поверхность, многогранная поверхность, фаска и т.д.) Для создания КТМ детали необходимо выделять и описывать все КТЭ, входящие в ее состав и отношения между ними. Для декомпозиции ГМ детали из формата IGES и построения КТМ детали составлялся граф декомпозиции G(Q, U), где Q - вершины графа, определяющие группы декомпозиции, а U - признаки, по которым производится декомпозиция ГМ на каждом уровне. Часть общего графа декомпозиции геометрической модели детали (для выбранного класса «тела вращения») представлена на рис.3.Рис. 3. Фрагмент графа декомпозиции КТМ детали на КТЭ. На графе декомпозиции вершины Q1,…,Qnпредставляют уровни декомпозиции по соответствующим признакам, рассмотренным ниже. Первый уровень декомпозиции (Q1, Q2) разделяет КТЭ детали на КТЭ первого уровня (базовые, основной формы) и КТЭ второго уровня (для которых можно четко определить "родительский" КТЭ). Все КТЭ, принадлежащие вершине Q1, выделялись из 3D-модели в формате IGES, а КТЭ, принадлежащие вершине Q2, - из 3D-модели детали и 2D чертежа. Для декомпозиции 3D-модели на КТЭ 1-го уровня в соответствии с графом декомпозиции G (Q, U) были выделены и математически описаны все признаки U1,…,Un графа. Для всех признаков составлены таблицы с визуальным представлением, лингвистическим описанием и построением их математических моделей (формализацией). При декомпозиции ГМ детали на КТЭ применялась теория нечетких множеств. (1)В рамках рассматриваемой работы при математическом описании геометрического представления КТЭ использовалось следующее множество: В , указанном множестве ^ L - длина КТЭ относительно оси вращения детали. Длина КТЭ является нечетким понятием и может быть формализована с помощью лингвистической переменной (ЛПL) где L = "длина КТЭ" – нечеткое лингвистическое понятие;TL - множество значений ЛПL (терм-множество), представляющее собой следующий набор нечетких переменных:TL = {"Незначительная", "Средняя", "Большая"} (3)XL - область определения ЛПL, имеющая видXL = [1 мм, 1000 мм]; (4)GL - синтаксическое правило;МL - семантическое правило задания нечетких подмножеств множества ХL, функции принадлежности которых графически представлены на рис. 4. Нечеткое множество А1 соответствует терму "Незначительная длина", нечеткое множество А2 - терму "Средняя длина", А3 - терму "Большая длина". Рис. 4. График функций принадлежности нечетких множеств формализующий термы лингвистической переменной "длина КТЭ". Формализованное представление функции принадлежности в виде зависимостей для нечетких подмножеств А1, А2 и А3 были получены в виде выражений, зависимость для подмножества А1 представлено в формуле (5). Конкретные значения коэффициентов в этих зависимостях выбраны в результате экспертных оценок. Более точные коэффициенты могут быть подобраны в процессе практического использования предлагаемой модели, как параметры настройки системы. Аналогично, в множестве (1) описываются параметры ^ D (диаметр КТЭ) и Otn (Отношение длины КТЭ к общей осевой длине детали). Параметр (угол между направляющими поверхности и осью вращения детали) может задаваться четкими значениями или нечетким числом L-R типа "Приблизительно 45". Параметры Ма (определяет для цилиндрических поверхностей местоположение материала – внутри или снаружи), F (форма образующей для поверхностей, полученных вращением образующей вокруг оси вращения детали или другие признаки формы КТЭ) и Мр (местоположение КТЭ в детали) определяются четкими значениями. Алгоритм идентификации КТЭ заключается в определении для выбранного КТЭ на графе декомпозиции вершин групп КТЭ (Q1…Qn) и конкретного КТЭ (N1…N37). В работе представлено 18 таблиц, на основании которых происходит идентификация КТЭ на вершинах ^ Q графа декомпозиции G. В таблицах есть название группы или типа КТЭ, визуальное представление, лингвистическое описание, математическое представление, системы продукции и предпочтения (табл.1). Таблица 1. Декомпозиция вершины Q13 на КТЭ ^ Вид представления Признаки N3 Признаки N11 Название Цилиндрическая ступень Канавка прямая ^ Визуальное представление ^ Лингвистическое описание Поверхность вращения значительной протяженности, образованная вращением образующей параллельной оси вращения детали. Поверхность вращения незначительной протяженности, образованная вращением образующей параллельной оси вращения детали, как правило, низкая точность и качество поверхности. ^ Математическое представление N = L = "Значительная"D = "В широких пределах"Otn = "Соизмеримое" = "0"Ma = "Отсутствует"F= "Прямая"Mp = "В любом месте" N = L = "Незначительная"D = "В широких пределах"Otn = "Много меньше" = "0"Ma = "Отсутствует"F= "Прямая"Мр ="Между двух уступов большего диаметра" Система продукций ЕСЛИ L = "Незначительная" И Otn = "Много меньше", ТО Q13 = "Канавка прямая"ЕСЛИ L = "Значительная" И Otn = "Соизмеримое", ТО Q13 = "Цилиндрическая ступень" И Мр = "Между двух уступов большего диаметра" Предпочтения Цилиндрическая ступень Таким образом, в соответствии с разделом "Система продукций" в табл. 1, для каждой вершины графа декомпозиции Q1…Qn имеем систему правил, которую в общем виде можно представить в виде множества: R = {R1, R2,…,Rm} . (6) В этой системе правилRi: если х1 есть Аi1 и х2 есть Аi2 и … и хn есть Аin , то y есть bi ,(i = 1,…,m), (7) где х1, х2,…, хn - входные параметры нечеткой модели;y - выходной параметр;bi - значения выходного параметра;Аij - нечеткие множества для задания значений входных параметров;i = 1,…,m; j = 1,…,n. В соответствии с табл. 1, x1 = "L", x2 = "Otn", у = Q13, b1 = "Цилиндрическая ступень", b2 = "Канавка прямая" множествами Аij являются множества, определенные термами "Незначительная", "Много меньше", "Значительная", "Соизмеримое". Для каждого j множества Аij имеют единую область определения (т.к. формализуют термы одной и той же лингвистической переменной, связанной с параметром хj).(8)Пусть Uj - область определения множеств Аij, обозначим Для принятия решений был разработан алгоритм приближенных рассуждений. Пусть имеется набор конкретных значений входных параметров (u1*, u2*,…, un*), где uj* Uj (j = 1,…,n), для которого надо получить значение выходного параметра. Для каждого правила Ri (i = 1,…,n), вычисляется уровень его срабатывания: i = min (i1, i2,…, in), либо i = i1i2…in , (9) где ij = Aij(uj*) – уровень срабатывания правила Ri по j-му входу. На основе уровня срабатывания i определяется вывод из правила Ri (нечеткая точка): yi* = { i / bi}. (10) Определяется общий вывод из системы правил R: где - нечеткое множество на множестве возможных значений выходного параметра. Также, в работе предложена методика сопоставления 3D-модели детали и 2D-чертежа для поиска и идентификации конструкторско-технологических элементов 2 уровня и конструкторских обозначений. Задача сопоставления 2D и 3D появляется после однозначного понимания автоматизированной системой конструкции детали из 3D-модели на основании графа декомпозиции. После завершения поиска каждому элементу 1 уровня, распознанному на основании 3D-модели, сопоставляются линии 2D-чертежа и определяется принадлежность конструкторских обозначений к конкретным КТЭ. Также, сопоставленные 3D-модель и 2D-чертеж детали используются для поиска и распознавания КТЭ 2 уровня. Для получения параметров качества поверхности, отклонений формы, расположения поверхностей и точности детали анализируется 2D-чертеж, получаемый в формате IGES, и в автоматическом режиме распознаются конструкторские обозначения. Полученная КТМ детали в дальнейшем используется для автоматизации процедур выбора режущего инструмента и стратегий обработки на станках с ЧПУ. Применение разработанной в диссертационном исследовании автоматизированной системы на основе метода автоматического распознавания КТЭ из 3D-модели и 2D-чертежа на основе графа декомпозиции и передачи КТМ детали в САПР ТП «ТехноПро» в условиях машиностроительных МИП позволяет существенно сократить время на подготовку исходной информации для технологического проектирования, что достоверно подтверждается соответствующими справками о внедрении на ряде МИП региона.^ Четвертая глава посвящена автоматизации процедуры выбора рационального режущего инструмента для современного многофункционального технологического оборудования с ЧПУ в условиях МИП, также рассматривается автоматизация выбора стратегий обработки деталей, как новый подход к снижению производственных затрат. Конструкции современных сборных режущих инструментов одного назначения различаются способами установки и крепления режущих элементов – пластин, т.е. структурной компоновкой и параметрами – размерами пластин, корпусных элементов или элементов крепежа. Количество возможных вариантов в ряде случаев исчисляется тысячами. Выбор подходящей конструкции инженером является постоянно решаемой технической задачей, и осуществляется, в основном, на основании однонаправленных рекламных материалов, личного или коллективного производственного опыта. Наибольшие проблемы в подборе рационального инструмента могут испытывать малые машиностроительные предприятия, в связи с отсутствием коллективного опыта. С другой стороны, производителями режущего инструмента разработаны базы данных и экспертные системы для выбора инструмента. Однако такие системы не позволяют сравнить между собой однотипные конструкции различных производителей или конструкции, укомплектованные из сборочных элементов различных производителей, а также управлять процессом выбора наилучших вариантов конструкций инструментов. Таким образом, задача выбора рационального режущего инструмента для обработки изделий на многофункциональном технологическом оборудовании с ЧПУ является актуальной и требующей решения. В работе разработано математическое обеспечение, алгоритмы и автоматизированная система для выбора рационального металлообрабатывающего инструмента для обработки на основе данных, полученных из ГМ детали, представляемой в виде 3D-модели и 2D-чертежа (процесс получения данных рассмотрен в главе 3), с последующей передачей спецификации на выбранный инструмент в CAM-систему и САПР ТП. Проведенное исследование затрагивает большую часть применяемого в общем машиностроении токарного инструмента. Схема предлагаемого подхода к выбору инструмента