загрузка...
 
4.5.3.Генерування множини варіантів структури технологічної системи
Повернутись до змісту

4.5.3.Генерування множини варіантів структури технологічної системи

Основними формалізованими методами генерування варіантів струк­тури об’єктів синтезу є метод морфологічного аналізу, запропонований швейцарським астрономом Цвіккі, та метод побудови структурних мо­делей об’єкта за допомогою типових математичних моделей, нормалі­зованих у ГОСТ 14.416-83, який покладений в основу системи ІСТРА, розробленої професором В.В.Павловим.

В обох методах використовується спільний методичний підхід: об’­єкт проектування ділиться на окремі елементи, після цього вивчають їх можливі комбінації. Відмінність методів полягає в тому, що при морфо­логічному аналізі створюють усі можливі комбінації елементів, не ми­наючи жодної, а при використанні типових математичних моделей кі­лькість можливих варіантів скорочується шляхом виключення абсурд­них або неможливих варіантів. Розглянемо обидва методи.

Метод морфологічного аналізу зводиться до прямого перебирання всіх можливих варіантів. Недолік цього методу виявляється під час по­шуку потрібної структури технічної системи, оскільки отримання хо­рошого результату розглядом усіх можливих варіантів — дуже нееко­номічний шлях, особливо при проектуванні складних, багатоелемент­них об’єктів. Для складних технічних систем множина отриманих варі­антів стає надзвичайно великою, включаючи десятки і сотні тисяч варі­антів. Вивчити й оцінити ці варіанти за розумний проміжок часу нереа­льно. Тому метод прямого перебирання іноді застосовують на заключ­них стадіях розв’язання задач, коли іншими методами відібрано порів­няно мало варіантів. При неповному розгляді утворених генеруванням варіантів метод проектування являтиме собою метод спроб та поми­лок, який також не спрощує процес проектування. При цьому існує не­безпека, що кращі варіанти технічної системи так і не будуть розглянуті. Ось що пише відомий винахідник Нікола Тесла, що декілька років пра­цював у дослідницькій лабораторії Томаса Едісона, який широко корис­тувався цим методом: “Якби Едісону знадобилось знайти голку в копиці сіна, він не став би гаяти час на визначення найбільш імовірного місця її знаходження. Він негайно із гарячковою старанністю бджоли став би оглядати соломинку за соломинкою, поки не знайшов би предмет пошу­ку. Його методи надзвичайно неефективні: він може витратити величез­ну кількість часу і не досягти нічого, якщо йому не допоможе щаслива випадковість. Я із сумом спостерігав за його діяльністю, розуміючи, що невеликі теоретичні знання та розрахунки заощадили б йому до тридця­ти відсотків праці”.

Метод типових математичних моделей. Система автоматизовано­го генерування варіантів структури ІСТРА дає змогу використати обчис­лювальну техніку та врахувати низку обмежень на існування варіантів структури, що значно скорочує кількість варіантів, що залишаються для аналізу.

В основу побудови варіантів структури покладено однакове мате­матичне подання структури різних за походженням об’єктів (виріб — В, технологічний процес — ТП чи його частина та технологічний комп­лекс — ТК чи його складові). Структурні моделі цих об’єктів відповід­но позначатимуться як S(В), S(ТП), S(ТК). У моделях використовують­ся три типи даних про об’єкт структурного моделювання, які форму­ють три множини:

множина елементів самого об’єкта;

множина ознак чи характеристик об’єкта;

множина відношень між елементами та ознаками чи характерис­тиками об’єкта.

При генеруванні варіантів структури об’єктів проектування мо­дель повинна враховувати такі ознаки відмінностей між варіантами структури.

Якісний склад елементів, тобто в структурі об’єкта можливі різні типи елементів, які створюють об’єкт. Ця ознака математичної моделі, що описує структуру, позначатиметься як

Кількість елементів, що створюють об’єкт синтезу. Таку ознаку моделі позначимо як

Порядок елементів у структурі об’єкта синтезу. Цю ознаку моделі позначимо як

Якщо при генеруванні варіантів структури об’єкта синтезу у всіх варіантах склад елементів однаковий, то  = 1, якщо різний, то  = 0. Якщо у всіх варіантах структури буде однакова кількість елементів, то  = 1, якщо різна, то  = 0. Якщо послідовність об’єднання елементів у структурі об’єкта синтезу у всіх варіантах буде однакова, то  = 1, якщо різна, то  = 0.

Якщо об’єкт синтезу є невпорядкованою множиною елементів, то математична модель структури об’єкта буде характеризуватися тільки двома ознаками генеруючих відмінностей структурних варіан­тів  Такі математичні моделі структурних варіантів об’єкта синтезу називають сполучними.

Якщо ж множина елементів у структурі об’єкта є впорядкованою, то можливі варіанти структури відрізнятимуться між собою також і по­рядком елементів в об’єкті. Математична модель буде характеризува­тись трьома ознаками  Такі математичні моделі струк­турних варіантів об’єкта синтезу називають упорядкувальними.

Залежно від генерування варіантів структури об’єкта за тими чи іншими ознаками відмінностей використовуються класи і підкласи ти­пових математичних моделей структури (табл. 4.9).

Сполучні моделі дають змогу визначити склад елементів об’єкта синтезу. За моделлю МSОІ визначають єдиний склад об’єкта синтезу за заданим набором його необхідних ознак. Модель МS02 застосову­ється для генерування різних варіантів структури з однаковою кількіс­тю елементів різного виду, тобто окремі варіанти об’єкта відрізняти­муться лише складом елементів. Модель МSОЗ дає змогу отримати ще більшу кількість варіантів структури об’єкта, які відрізнятимуться як складом елементів у кожному з них так і їх кількістю.

Однак при синтезі технологічних систем ці моделі мають обмежене застосування саме через неврахування такої ознаки, як порядок об’єд­нання елементів у структурі об’єкта.


Табличні моделі МS11 належать до класу упорядкувальних моде­лей. Вони дають змогу створювати структуру об’єктів із врахуванням порядку між елементами. У випадку синтезу функціональної структури (технологічного процесу) елементами виступають технологічні опера­ції. Можна отримати структуру технологічного процесу із заданим скла­дом операцій, їх кількістю та послідовністю реалізації для випадку зада­ного набору ознак виробу, які повинні бути створені при реалізації проце­су. Технологічний процес у структурній моделі представляється як по­слідовність технологічних операцій

Розглянемо, наприклад, побудову моделі структури технологічного процесу механічної обробки групи деталей (рис.4.22, а). Ознаками кож­ної деталі вважатимемо наявність тієї чи іншої поверхні  Обробка поверхні розглядатиметься як реалізація відповідної ознаки. Модель можливих варіантів структури технологічного процесу задасться за до­помогою таблиці відповідності технологічних операцій ознакам деталі (рис. 4.22, б) і таблиці наявності й послідовності технологічних операцій для кожної деталі (рис. 4.22).

Мережні моделі МS21, МS22 використовуються для генерування варіантів структури об’єкта синтезу. Відношення порядку  між еле­ментами об’єкта синтезу задається за допомогою графа. Мережна мо­дель дає змогу генерувати багато варіантів об’єкта, наприклад техноло­гічного процесу, але всі варіанти будуть мати задану послідовність тех­нологічних операцій. Ця модель включає матрицю властивостей деталі та їх зв’язок із технологічними операціями, а також граф взаємозв’язку між операціями, який задає їх можливі послідовності.

Розглянемо як приклад мережну модель МS22 для генерування варіантів технологічного процесу виготовлення зубчастого колеса (рис. 4. 23). Зубчасте колесо складається з трьох груп поверхонь: П1 —

Рис. 4.23. Мережна модель для генерування варіантів структури технологічного процесу обробки зубчастого колеса.

внутрішні поверхні, що утворюють шпонковий отвір; П2 — зовнішні по­верхні контуру колеса; ПЗ — поверхня зубчастого вінця. Вхідною опе­рацією вважатимемо заготівельну — штампування заготовки, а вихід­ною — контрольну.

Представлена мережна модель технологічного процесу виготовлен­ня зубчастого колеса дає змогу отримати декілька варіантів його струк­тури, які відрізнятимуться складом операцій та їх кількістю при зада­ній графом послідовності.

Очевидно, що наступним етапом проектування є вибір кращого се­ред технологічних процесів, що вимагає аналізу всіх отриманих варіан­тів з точки зору їх відповідності критерію якості. При проектуванні про­цесів такими критеріями є тривалість або собівартість обробки. Отри­мана за допомогою мережної моделі кількість варіантів технологічного процесу є достатньо малою, оскільки при її побудові одразу відкидались абсурдні та нелогічні поєднання технологічних операцій. Тому застосу­вання моделей такого типу значно спрощує вибір оптимального варіан­та структури.

Перестановні моделі МS31, МS32, МSЗЗ дають змогу генерувати варіанти структур об’єкта синтезу, які окрім складу елементів, їх кіль­кості відрізнятимуться також їх порядком. Порядок елементів у струк­турі об’єктів синтезу є суттєвим, як звичайно, при синтезі процесів, еле­ментами яких є елементарні дії чи прийоми, послідовність реалізації яких може суттєво вплинути на ефективність усього процесу.

Розглянемо приклад застосування типової моделі МSЗІ для генерування варіантів технологічного процесу складання виробу. Технологіч­ну операцію складання асоціюватимемо із встановленням однієї з дета­лей (рис. 4.24). Можливі варіанти послідовностей сполучення деталей опишуться повним графом на шести вершинах. Кожний із варіантів тех­нологічного процесу складання задасться покривним деревом цього

Рис. 4.24. Вузол приводу: 1 — вал; 2. 6 — стопорні кільця; 3.4 — підшипники; 5 — шків.

графа. Загальна кількість покривних дерев і, отже, варіантів послідов­ності складання визначиться теоремою Келі й становитиме

Очевидно, що множина технологічних процесів складання, отрима­на формальним шляхом переліку графів, включатиме значну кількість нереальних та абсурдних варіантів, які аналізувати недоцільно. Тому застосування перестановної моделі, яка суттєво обмежує кількість ва­ріантів, придатних для розгляду, суттєво спрощує процес оптимізаційного синтезу. В цьому випадку врахуємо тільки варіанти технологічно­го процесу, які починаються з операції встановлення деталі l (базова деталь вузла). При врахуванні можливостей доступу інших деталей кіль­кість варіантів процесу зведеться до десяти (табл. 4.10).

У табл. 4.10 прийнято такі позначення: 1 — встановлення вала l у складальний пристрій; 2 — встановлення стопорного кільця 2; 3 — на­саджування підшипника 3; 4 — насаджування підшипника 4;  5 — напресування шківа 5; 6 — встановлення стопорного кільця б.



загрузка...