Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Міністерство освіти і науки України
Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського
„Харківський авіаційний інститут”
ТОПАЛ Олексій Сергійович
УДК 004.891
МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ АВТОМАТИЗОВАНОЇ ПІДТРИМКИ
ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ЩОДО ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ПІДГОТОВКИ
СКЛАДАЛЬНОГО ВИРОБНИЦТВА В ЛІТАКОБУДУВАННІ
05.13.06 –автоматизовані системи управління
та прогресивні інформаційні технології
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського, „Харківський авіаційний інститут”, Міністерство освіти і науки України.
|
Науковий керівник: |
кандидат технічних наук Шостак Ігор Володимирович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, доцент кафедри програмного забезпечення комп’ютерних систем. |
Офіційні опоненти:
– доктор технічних наук, професор Філатов Валентин Олександрович, Харківський національний університет радіоелектроніки, професор кафедри штучного інтелекту;
– кандидат технічних наук Бохан Костянтин Олександрович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, доцент кафедри комп’ютерних систем та мереж.
Провідна установа:
Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, кафедра системного аналізу і управління, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.
Захист відбудеться “26”січня 2007 р. о 12:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.062.01 у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського „Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17, радіотехнічний корпус, ауд. 232.
З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського „ХАІ” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.
Автореферат розіслано “20”грудня 2006 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Латкін М.О.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. В сучасних умовах розвитку вітчизняного авіаційного виробництва має місце чітка тенденція до використання систем підтримки прийняття рішень (СППР) як інструментальних засобів у складі автоматизованих інформаційних систем. На теперішньому етапі розвитку інформаційних систем на авіаційних виробничих підприємствах та у конструкторських бюро нерідко використовуються CAD/CAM/CAE/PDM та CALS системи, в складі яких містяться СППР у вигляді експертної системи, частіше продукційного типу (наприклад „СПРУТ”, Unigraphics), однак експертні системи за своєю природою є закритими і не дають змоги поєднати їх у єдину інтегровану систему підприємства або примушують використовувати комплекс систем від одного виробника та не дають можливості формалізованого збереження інформації, що існувала на підприємстві раніше.
Різним аспектам проблеми інтеграції засобів підтримки прийняття рішень присвячено ряд праць вітчизняних і зарубіжних вчених, таких, як: В.А. Віттіх, І.П. Норенков, О.В. Смирнов, П.О. Скобелєв, В.Б. Тарасов (Росія), Е.Г. Петров, І.Б. Сіроджа (Україна), E. Young, M.W. McElroy, M. Shin (США). У роботах цих авторів обговорюються загальнотеоретичні питання інтеграції систем, досліджуються деякі конкретні задачі (наприклад інтеграція CAM-модуля в систему підтримки прийняття рішень щодо підготовці виробництва).
Однак до теперішнього часу не було вирішено задачу формування координуючих рішень щодо розробки технологічних процесів, зокрема. на авіабудівному підприємстві. Ця задача найбільш гостро стоїть при організації підтримки прийняття рішень щодо складальних технологічних процесів, зокрема в літакобудуванні, оскільки саме складання є завершальним процесом виробництва, в якому найбільше виявляються та завдають досить великих збитків похибки і помилки при виготовленні комплектуючих, що виникають за умов нескоординованої розробки технологічних процесів.
Таким чином, можна зробити висновок, що науково-практична задача, яка полягає у розробці моделей і методів автоматизованої підтримки прийняття рішень щодо технологічної підготовки складального виробництва в літакобудуванні є актуальною.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалася в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”у рамках держбюджетних науково-дослідних робіт Д 603-41/2000 “Створення методології штучного інтелекту для управління складними системами аерокосмічного призначення”(ДР № 0100U003442), Д 603-11/2003 “Теорія створення квантових систем штучного інтелекту для прийняття технологічних рішень у виробництві аерокосмічної техніки”(ДР № 0103U004081) і Д 104-45/2002 “Моделі й інформаційні технології створення віртуальних машинобудівних підприємств”(ДР № 0102U004184), Д 104-45/2004 “Створення системної методології виробництва авіаційно-космічної техніки за допомогою сучасних CALS-технологій”(ДР № 0104U002421), у яких приймав участь автор.
Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є зниження витрат підприємства у вигляді браку та робіт з його виправлення шляхом автоматизації підтримки прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання в літакобудуванні. Для досягнення поставленої мети в роботі були вирішені такі задачі:
1. Аналіз процесу прийняття рішень щодо забезпечення управління в складних виробничих системах.
. Синтез моделі типового блока системи підтримки прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання на авіабудівному підприємстві.
3. Розробка методу синтезу СППР блокової структури в складі АСУ авіабудівного виробництва.
4. Синтез моделі функціонування типового блока системи підтримки прийняття рішень.
. Розробка методу формування рішень в СППР блокової структури.
6. Алгоритмічна і програмна реалізація розроблених методів в рамках створення системи підтримки прийняття рішень щодо розробки складальних технологічних процесів.
7. Впровадження результатів дослідження в практику прийняття рішень щодо технологічної підготовки виробництва на підприємствах авіаційного профілю.
Об'єкт дослідження –процес підтримки прийняття рішень з управління складними об'єктами авіабудівного виробництва.
Предмет дослідження –моделі та методи підтримки прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання в АСУ авіабудівним підприємством.
Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети використовувалися методи системного аналізу, теорії прийняття рішень, теорії складних систем, теорії гібридних систем. Для побудови загальної структури СППР використовувались методи теорії складних систем і агрегативне моделювання. В процесі реалізації функціонування блоків прийняття рішень були використані моделі й методи теорії гібридних систем. Для побудови методу формування координуючих рішень крім зазначених вище були використані методи теорії множин та інженерії знань. Для практичної реалізації системи підтримки прийняття рішень використовувався багатоагентний підхід до створення програмних засобів, а також методи моделювання інформаційних потоків.
Наукова новизна отриманих результатів. У процесі вирішення поставлених задач автором особисто отримані такі результати:
Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність роботи полягає в доведенні здобувачем отриманих наукових результатів до конкретних інженерних методик, алгоритмів і програмних засобів для автоматизованої підтримки прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання.
На підставі проведених досліджень і запропонованих моделей і методів одержано такі практичні результати: розроблено моделі, методи, процедури, алгоритми і ядро системи автоматизованої підтримки прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання з урахуванням особливостей літакобудування; модель функціонування системи підтримки прийняття рішень з використанням мультиагентної технології може бути надалі використана для розробки розподілених СППР. Розроблені методи забезпечать скорочення строків технологічної підготовки виробництва, а також зменшення об'ємів браку і робіт з його виправлення, особливо при запуску нового виробу в серію.
Одержані в роботі наукові результати знайшли практичне впровадження при проведенні комплексної автоматизації створення технологічної документації Закритого акціонерного товариства “Авіафірма “Лілієнталь” (Акт впровадження результатів дисертаційної роботи № Н16/01/1 від 17.03.2005 р.) та фірми „Спейс”, що спеціалізується на виготовленні самохідних пасажирських трапів (Акт впровадження результатів дисертаційної роботи № 04/1-1 від 06.04.2005 р.), а також під час викладання дисципліни “Проектування виробничих експертних систем”в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”(Акт впровадження результатів дисертаційної роботи від 15.12.2005 р.).
Науково-технічний ефект полягає у підвищенні ступеня автоматизації технологічної підготовки складального виробництва в літакобудуванні, підвищенні якості розробки технологічних процесів виготовлення деталей.
Економічний ефект пов'язаний зі зменшенням непродуктивних витрат підприємства у вигляді браку та робіт з його виправлення.
Соціальний ефект полягає у зниженні трудомісткості, забезпеченні зручності роботи технолога під час розробки складальних технологічних процесів за рахунок використання ефективних методів підтримки прийняття рішень.
Особистий внесок здобувача. Всі результати отримані автором самостійно. В наукових працях, опублікованих в співавторстві, з питань, що стосуються даного дослідження, автору належать: віддзеркалення поточного стану складного об’єкта управління в базі знань експертної системи [1]; агентний підхід до розробки інтегрованих інтелектуальних систем управління авіаційним виробництвом [2]; метод програмної реалізації інтелектуальних агентів для інтеграції підсистем у складі АСУ [3, 11]; визначення проблем побудови виробничих систем управління складними об’єктами [4, 15]; структура класів та фрагмент онтології управління авіаційним підприємством на етапі технологічної підготовки виробництва [5, 12]; онтологія управління технологічною службою авіаційного підприємства [6, 16]; агентний підхід до актуалізації поточного стану виробництва в базах знань систем підтримки прийняття рішень [7, 13]; технологія інтеграції знань в різнотипних інтелектуальних системах [8, 10].
Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на міжнародній науково-технічній конференції "Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні", ІКТМ (Харків, 2002 - 2005), міжнародній конференції “Проблеми управління безпекою складних систем”(Москва, 2003), міжнародній науково-технічній конференції “Штучний інтелект. Інтелектуальні й багатопроцесорні системи”(Таганрог, 2004), чотирнадцятій міжнародній конференції “Нові технології в машинобудуванні”(Харків, 2004).
Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладено в 17 друкованих працях, у тому числі 5 статей в наукових журналах та 3 статті у збірниках наукових праць відповідно до списку ВАК України, 1 навчальний посібник, а також 8 тез доповідей у збірниках праць наукових конференцій.
Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота має у своєму складі вступ, чотири розділи, висновки і додатки, викладена на 179 сторінках, у тому числі: 23 рисунки, з яких 4 на 4 окремих сторінках, 9 таблиць, список літературних джерел із 112 найменувань на 11 сторінках, два додатки на 16 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі відзначено актуальність дисертаційної роботи, сформульовано основну мету і задачі дослідження, наведено відомості про зв’язки обраного напрямку досліджень із планами організації, де виконано роботу. Дано стислу анотацію отриманих у дисертації рішень, відзначено їх практичну цінність, обґрунтованість і достовірність. Наведено дані про реалізацію, апробації, публікації результатів досліджень.
У першому розділі проведено огляд проблеми створення й функціонування систем підтримки прийняття рішень з організації виробництва на авіабудівних підприємствах, розглянуто структуру й основні функції технологічної служби, а також особливості прийняття рішень при розробці технологічних процесів складання на авіабудівному виробництві. Також було проведено аналіз недоліків існуючих засобів автоматизації функціонування технологічної служби авіабудівного підприємства та критичний аналіз засобів автоматизації процесів формування рішень щодо забезпечення технологічної підготовки виробництва, що використовуються на сучасних авіабудівних підприємствах.
В розділі було розглянуто основні існуючі системи підтримки прийняття рішень при розробці технологічних процесів, такі, як СПРУТ, T-FLEX, TECHCARD, Pro/ENGINEER, Компас-Автопроект, TechnologiCS та інші. Проаналізовано особливості застосування методів і засобів штучного інтелекту для усунення недоліків існуючих СППР у частині підтримки прийняття рішень при розробці складальних технологічних процесів. Згідно з отриманими під час аналізу результатами автором були сформульовані основні задачі дослідження, які наведено вище.
Другий розділ присвячений синтезу моделей формування рішень з організації розробки технологічних процесів складання на авіабудівному підприємстві.
Проблему прийняття виробничих рішень в умовах невизначеності в загальному випадку опишемо у такий спосіб:
(1)
де: - множина припустимих альтернативних рішень; - множина невизначеностей (класифікацію надано в дисертаційній роботі); - функція витрат, що описує множину оцінок при виборі того або іншого варіанта рішення (це функція виду , де: V –множина оцінок); –функція допустимості (наведена як ).
Проблема прийняття рішень у такому випадку визначається як вибір припустимого рішення , такого, що для кожної невизначеності із множини невизначеностей витрати перебувають нижче за межу задовільності, що визначається функцією , тобто виконується нерівність
(2)
Задоволення нерівності (2) необхідно, тому що вибираються тільки рішення з набору припустимих альтернативних рішень. Таким чином, умова вибору конкретного рішення з набору припустимих альтернативних рішень без урахування його оптимальності записується в такий спосіб:
, (3)
де –множина індексів невизначеностей з .
На підставі формального опису процесу прийняття рішень стає можливим описати ієрархію шарів прийняття рішень стосовно до виробничого підприємства в термінах теорії прийняття рішень у цілому. Суть поділу процесу прийняття рішень на шари полягає в тому, щоб локалізувати види невизначеностей, що супроводжують кожний шар, а також область прийняття рішень, рамками якої є границі конкретного шару. Автором робиться обґрунтування вибору середнього шару (адаптації) як шару, на якому відбувається прийняття складних (комплексних) рішень при розробці складальних технологічних процесів і на якому необхідно забезпечити узгодженість рішень у різних блоках прийняття рішень.
Предметна область подається у вигляді системи, до складу якої входять елементи, що визначаються вхідними і вихідними даними, а також певним набором станів (або кроків), причому для різних цілей моделювання нам необхідно подавати деяку поведінку системи як безперервну (точніше нас не цікавить сам процес, а тільки його результат), а іншу поведінку - як дискретну (з можливістю спостереження за процесом або його зміни). Такі системи прийнято відносити до безперервно-дискретних систем.
Для моделювання загальної структури технологічної служби а також структури створюваної СППР було обрано агрегативний підхід М.П.Бусленка із застосуванням кусочно-лінійного агрегату (КЛА), обґрунтування чого наведено в роботі. Даний вид агрегату дозволяє адекватно описати блоки прийняття рішень, роблячи нерозрізненими моделі, реалізовані в цих блоках, і беручи до уваги тільки вхідні й вихідні сигнали блоків.
Виходячи із специфіки предметної області та аналогічно з визначенням даних для абстрактного КЛА, дається поняття інформації, яка може бути подана вхідними і вихідними сигналами при моделюванні інтелектуального блока прийняття рішень в СППР, що описаний у вигляді кусково-лінійного агрегату.
Для опису процесу функціонування блоків прийняття рішень було удосконалено кусково-лінійний агрегат шляхом використання предикатів для моделювання входів і виходів, чого достатньо для моделювання процесу підтримки прийняття координуючих виробничих рішень.
Наступним кроком опису системи буде синтез структури системи, що забезпечить підтримку прийняття рішень щодо розробки технологічних процесів складання, беручи до уваги припущення про існування розподіленої (можливо інтелектуальної) системи на підприємстві або можливості параметризації технологічних процесів.
Перейдемо до моделювання структури системи та наведемо ряд припущень та тверджень:
У результаті моделювання сформовано і наведено типовий фрагмент СППР по формуванню координуючих рішень при розробці технологічних процесів складання (рис. 1).
Наступним кроком буде формальне подання гібридного підходу до опису функціонування СППР щодо формування координуючих рішень і доведення еквівалентності гібридної системи та агрегату.
Твердження. Математична модель гібридної системи еквівалентна моделі агрегату. Можна побачити, що система переходів гібридної системи
(4)
може бути описана агрегатом
(5)
у якому: –модель часу необхідно розширити до безперервної; –фазовим простором є область значень змінних системи , фазові координати, тобто змінні системи ; –множина початкових станів; –множина вхідних сигналів, що вироджується в єдиний сигнал запуску агрегату; –керуючі сигнали відсутні; –вихідними сигналами є вектори з компонентами (компоненти елементів сценаріїв гібридної системи); , де –оператор перевірки належності деякій множині із сімейства .
–оператор переходів, у якому –оператор, що описує перетворення вектора змінних при дискретному переході по дузі (у момент видачі вихідного сигналу), відповідає операторові ініціалізації гібридної системи: , – функція, що описує безперервні зміни в інтервалах між моментами видачі вихідних сигналів (тобто в деякій локації ), відповідає : .
Розбивання на підмножини еквівалентне введенню предикатів гібридної системи і розбиванню простору станів на локації , –генератор вихідного сигналу.
Рис. 1. Подання фрагмента СППР у термінах агрегативного підходу
(у вигляді агрегативної системи)
З факту відсутності зручних засобів реалізації агрегатної моделі, а також на підставі наведеного твердження можна зробити висновок про доцільність використання гібридного підходу для моделювання функцій блоків прийняття рішень у створюваній СППР, описаній як агрегативна система.
Агрегативне представлення дозволило маніпулювати результатами прийняття рішень у локальних СППР (або результатами прийнятих технологами рішень) і не враховувати специфіку їхньої структури і функціонування. Це дасть можливість розробити методи формування координуючих рішень щодо розробки технологічних процесів, які повинні забезпечити в подальшому зниження відсотка браку і робіт з його виправлення при запуску нового виробу в серію, а також при внесенні будь-яких змін у конструкцію виробу.
Реалізація функціонування блоків прийняття рішень на основі гібридних автоматів дасть змогу зробити нерозрізненими дискретні процеси, вважаючи їх неперервними діями в певних локаціях.
У третьому розділі виконано синтез методів і алгоритмів формування координуючих рішень щодо розробки технологічних процесів складання в СППР авіабудівного підприємства.
Було виділено певні кроки, які становлять метод синтезу структури СППР для формування координуючих рішень щодо розробки технологічних процесів складання, так само, як і при прийнятті будь-яких складних (комплексних) рішень, що вимагають узгодження результатів локальних рішень у підсистемах АСУ підприємства (тобто узгодження вимог складального технологічного процесу і технологічних процесів виготовлення відповідних деталей і складальних одиниць):
У результаті застосування зазначеного методу буде отримана структура системи підтримки прийняття рішень, здатна виявляти потенційні неузгодженості (назвемо їх колізіями) між локальними рішеннями і формувати координуючі рішення, які, будучи реалізовані в локальних БПР, забезпечать прийняття комплексних рішень.
Технологічний процес складання виробу узагальнено подається набором об'єктів:
, (6)
де: –множина всіх технологічних операцій складання виробу ; –сукупність всіх технологічних операцій складання, наведених у заводському довіднику формулювань операцій (може бути розширений формулюваннями операцій, не зазначених у цьому довіднику, але застосовуваних на підприємстві); –множина індексів операцій складання виробу ; - множина складальних одиниць, що входять у відповідний виріб ; ; –номенклатура всіх деталей, що виробляються на підприємстві; –множина індексів складальних одиниць у складі складання ; –множина використовуваних оснащень (інструмента); –цехи-постачальники деталей (підзбірок, агрегатів) із множини ; ; –виробничі цехи підприємства; –відповідні відносини на множинах .
Твердження. Для будь-якої технологічної операції складального процесу виробу існують відображення , і ці відображення є сюр’єктивними (наприклад, для кожного елемента з множини існує елемент із множини , або ).
Твердження. Відображення у силу специфіки складального виробництва бієктивне.
Технологічний процес виготовлення деталі спрощено представляється набором об'єктів:
, (7)
де: –множина технологічних операцій; –множина конструктивних елементів деталі ; –множина параметрів елементів деталі; –множини інструмента й оснащення операцій виготовлення; –задані технологічним процесом відносини.
Технологічний процес складання вузла з урахуванням інформації про виготовлення вхідних деталей формально представляється набором об'єктів
(8)
і діаграмою (рис. 2) на якій: –множина вимог до складальної операції; –множина всіх технологічних операцій складання вузла ; –множина складальних одиниць (деталей), що входять до вузла ; –цехи-постачальники деталей із множини ; –множина параметрів елементів деталі з ; , –відображення, які задаються технологічним процесом складання; –відображення, яке визначається з відомості розцеховки (ВР); –множина елементів вхідних деталей; , –утримуються в конструкторській документації та технологічному процесі виготовлення деталі (у механообробних цехах підприємства).
Твердження. Множина елементів деталей подається як , причому для будь-яких двох деталей справедливо , , .
Твердження. Відображення і сюр’єктивні, беручи до уваги спосіб виготовлення деталей, а також у силу особливостей подання деталі в САПР і АСУ.
Рис. 2. Формальне подання технологічного процесу складання
з урахуванням інформації про виготовлення складальних одиниць
Стан поставки і колізії при складанні вузлів
Розробка технологічного процесу складання вузла з урахуванням інформації про виготовлення вхідних деталей, про стан поставки й виникаючі колізії подається формально діаграмою (рис. 3), на якій: –декартів добуток множин характеристик різних деталей, що входять у технологічний процес складання по кожній складальній операції ; –сюр’єктивне відображення множини характеристик деталей на множину деталей; –множина сукупностей характеристик, виділених у деталей, що входять у технологічний процес складання, будемо називати ознаками потенційних колізій; – виділені ознаки потенційних колізій; –відображення, що виділяє ознаки колізій зі всіх сукупностей характеристик деталей залежно від вимог складальної операції; – обмеження, що накладаються на параметри елементів складальних одиниць (бієктивне відображення ) залежно від вимог складальної операції (відображення ), називається “технічний стан поставки на складання”; - координуюче рішення; – результат роботи першого розпізнавача; , –відображення (по суті знання), використовувані першим розпізнавачем; –відображення (знання), використовувані другим розпізнавачем (наявність або відсутність є результатом роботи другого розпізнавача); - відображення (знання), використовувані координатором.
Ознака наявності колізії – при , , тобто розбіжність обмеження і параметра елемента при участі деталі в складальній операції, що накладає це обмеження.
Рис.3. Уточнена діаграма технологічного процесу складання
з урахуванням інформації про виготовлення складальних одиниць
Інтелектуальна підтримка формування координуючих рішень полягає в розпізнаванні потенційної колізії, перевірці реального існування колізії та видачі координуючого рішення у випадку неузгодженості. Виходячи з характеру неузгодженостей та для подальшої визначеності будемо використовувати продукційну модель подання знань (до того ж при модифікації агрегативного підходу було заявлено про використання предикатів в якості сигналів агрегату, отже доцільно буде використати саме продукційну модель для розробки прототипу системи, хоча метод формування координуючих рішень не залежить від моделі знань і дослідження цього виходить за рамки даної роботи).
Для зручності будемо розглядати ознаки двох типів колізій, називаних умовно розв'язними (наприклад, додавання припуску для сумісної обробки деталей) і нерозв'язними (необхідність виготовлення додаткового оснащення) в автоматизованому режимі. Нерозв'язні колізії вимагають втручання користувача і у кожній предметній області виділяються окремо. Показані відображення не мають аналітичного вигляду з причини слабкої структурованості задачі, тому потребують використання знань у процесі роботи системи.
Таким чином, метод формування координуючих рішень при розробці ТП складання в АСУ авіабудівного підприємства буде записаний такою послідовністю кроків:
Даний метод був наведений як діаграма станів (локаций) гібридного автомата і далі шляхом складання відповідного алгоритму реалізований у вигляді типового фрагменту СППР.
Четвертий розділ присвячений вибору та обґрунтуванню агентного підходу та агентної платформи для реалізації розроблених моделей, методів і алгоритмів у діючому прототипі системи підтримки прийняття рішень. У розділі проаналізовано існуючі стандарти та платформи для програмної реалізації агентної парадигми щодо застосування як типового агента у фрагменті розробленої СППР. Обґрунтований і вибраний стандарт FIPA на впровадження агентних систем, як найбільш прогресивний і такий, що відповідає стану автоматизації на сучасному авіабудівному виробництві, тобто цей стандарт дозволяє інтегрувати існуючі блоки АСУ в нову агентну систему, що в свою чергу дозволить зберегти накопичений досвід з проектування технологічних процесів на підприємстві.
Продемонстровано використання гібридного автоматного підходу до створення агентних систем шляхом побудови системи актуалізації поточного стану виробництва у базах знань підсистем штучного інтелекту з підтримки прийняття рішень в листоштамповочному виробництві та при виборі обладнання. Побудовані агенти отримують інформацію про поточний стан виробництва в кишенькових комп’ютерах типу PDA та здійснюють зміну відповідних предикатів у базах знань потрібних підсистем.
Показано роботу багатоагентної системи підтримки прийняття рішень при автоматизованому формуванні документа „Технічні умови поставки деталей, вузлів, агрегатів” на авіаційному виробництві.
Проведено випробування системи на тестових завданнях. Загальний рівень помилок (зважене значення помилок 1-го та 2-го роду, тобто зайві та нерозпізнані неузгодженості), що їх припустила система складає близько 16%. Слід зауважити, що метод формування координуючих рішень побудований на принципі мінімізації кількості знайдених потенційних колізій та самі рішення базуються на відмові від виконання певних елементів деталей (або, наприклад, на додаванні припусків на обробку), що входять в складальний технологічний процес з метою подальшого їх виконання під час складання. Згадуючи вказану специфіку прийняття рішень та статистику витрат складального цеху, показано, що витрати, спрямовані на виправлення при прийнятті неправильного рішення, заздалегідь менші, ніж витрати на виправлення браку, який може виникнути при відсутності такого рішення. Зниження витрат на виправлення браку, що виник за умови неузгодженості технологічних процесів виготовлення складальних одиниць становить у середньому 37%.
У додатках наведено акти про впровадження результатів дисертаційного дослідження та копії існуючих документів згідно з ЄСТД.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-практичну задачу розробки моделей і методів автоматизованої підтримки прийняття рішень щодо технологічної підготовки складального виробництва в літакобудуванні.
Для досягнення зазначених результатів були поставлені й вирішені такі теоретичні й практичні задачі:
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
АНОТАЦІЯ
Топал А.С. Моделі та методи автоматизованої підтримки прийняття рішень щодо технологічної підготовки складального виробництва в літакобудуванні. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 –автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. –Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського „ХАІ”. Харків, 2006.
Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладної задачі підтримки прийняття рішень щодо технологічної підготовки складального виробництва в літакобудуванні, а саме формуванню координуючих рішень, що дозволяють забезпечити при виготовленні комплектуючих їх відповідність вимогам складального технологічного процесу.
Обґрунтовано вибір агрегативного підходу до моделювання існуючої сукупності блоків АСУ на виробництві, що дозволяє застосовувати модифікований кусково-лінійний агрегат для описання таких блоків прийняття рішень. Базуючись на еквівалентності агрегату гібридній системі, обґрунтовується гібридний автоматний підхід до моделювання функцій вирішуючих блоків системи. Проведено формальний опис розробки технологічних процесів складання та синтезовано метод формування координуючих рішень. Показана реалізація архітектури СППР у вигляді багатоагентної системи, що дозволяє за допомогою розробленого методу формувати координуючі рішення, забезпечивши зменшення витрат на виправлення браку при складанні виробів авіаційної техніки.
Ключові слова: технологічна служба, технологічний процес складання, координуючі рішення, агрегативна модель, гібридний автомат, агент, багатоагентна система.
АННОТАЦИЯ
Топал А.С. Модели и методы автоматизированной поддержки принятия решений по технологической подготовке сборочного производства в самолетостроении. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 –автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. –Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”. Харьков, 2006.
Диссертация посвящена решению задачи автоматизированной поддержки принятия решений по технологической подготовке сборочного производства в авиастроении, а именно формированию координирующих решений при создании технологических процессов сборки. Под координирующими понимаются решения, которые формируются для обеспечения соответствия требований сборочного чертежа и параметров технологического процесса изготовления входящих сборочных единиц.
В работе проведен анализ сложившихся производственных отношений и подходов к автоматизации управления предприятиями, а также особенности существующих систем поддержки принятия решений (СППР), в результате чего была выявлена недостаточная эффективность существующих средств поддержки принятия решений, которые бы позволили сформировать сложные (комплексные) решения при создании технологических процессов сборки. Были определены и поставлены следующие задачи исследования: анализ процесса принятия решений по обеспечению управления в сложных производственных системах; разработка метода синтеза СППР блочной структуры в составе АСУ авиастроительного производства; выбор и обоснование моделей функционирования блоков принятия решений в разрабатываемой СППР; разработка метода формирования координирующих решений; алгоритмическая и программная реализация разработанных методов в рамках СППР по разработке сборочных технологических процессов; внедрение результатов исследования в практику принятия решений по технологической подготовке производства на авиастроительном предприятии.
Обосновано представление СППР как распределенной системы и выделение в его структуре определенных элементов (слоев принятия решений), что в свою очередь приведет к распределенности системы поддержки формирования координирующих решений при создании сборочных технологических процессов. Приведена сравнительная характеристика существующих подходов к моделированию подобных систем и обоснован выбор агрегативного подхода к моделированию существующей совокупности решающих блоков в АСУ.
Для описания блочной структуры СППР было предложено введение в качестве сигналов агрегата предикатов на входах и выходах агрегативной модели, а также синтез особой схемы сопряжения агрегатов. В указанной схеме блок принятия решений, отвечающий за создание технологических процессов, представляется блоком типа “решатель”, в соответствие которому ставится решающий блок типа “распознаватель” (определяющий признаки возможного существования рассогласованности в требованиях сборочного технологического процесса и параметрах деталей), который в свою очередь обслуживается решающим блоком типа “координатор” (формирующий координирующие решения по априорной базе знаний и таким образом обеспечивающий согласованность технологических процессов изготовления сборочных единиц и требований сборочного технологического процесса). В работе используется эквивалентность агрегата и гибридной системы, чем обосновывается гибридный автоматный метод реализации функций решающих блоков типа “распознаватель”и “координатор”.
Приведена формальная запись метода синтеза структуры СППР по формированию координирующих решений, а также представлено теоретико-множественное описание создания сборочного технологического процесса с использованием информации об изготовлении входящих сборочных единиц. На основании этого разработан метод формирования координирующих решений по технологической подготовке сборочного производства, что дает возможность уменьшить процент брака, а также затраты по его устранению.
В результате сравнения моделей для описания функционирования СППР обосновывается применение гибридного подхода к реализации функций решающих блоков системы. Предложен алгоритм работы типового фрагмента СППР по формированию координирующих решений при создании сборочных технологических процессов. Обоснована реализация архитектуры, подобной распределенной СППР как многоагентной системы. Автором проводится сравнительная характеристика существующих стандартов агентных систем и выбор модели платформы, наиболее полно реализующей функции распределенной СППР.
На основе модели жизненного цикла агента и его структуры разрабатывается архитектура типового фрагмента многоагентной СППР, которая позволяет формировать координирующие решения по разработке сборочных технологических процессов. В работе также показано использование разработанных моделей, методов и алгоритмов их реализации при формировании координирующих решений в производстве. Результатом работы системы является создание и заполнение документов “Технические условия поставки деталей, узлов, агрегатов” (согласно ЕСТД), которые вносят коррективы в технологические требования при изготовлении деталей, что обеспечит впоследствии уменьшение брака при сборке агрегатов и самолета в целом. В разделе также проведена оценка качества формируемых координирующих решений путем вычисления процента ошибочных решений на контрольной выборке, а также оценка снижения затрат предприятия по исправлению брака.
Ключевые слова: технологическая служба, технологический процесс сборки, координирующие решения, агрегативная модель, кусочно-линейный агрегат, гибридный автомат, агент, многоагентная система.
ABSTRACT
Topal A.S. Models and methods of automated decision-making support during technological preparation of assembly processes of the aircraft building enterprise. –Manuscript.
Thesis for a candidate’s degree by specialty 05.13.06 –automated control systems and progressive information technologies. –National aerospace university “Kharkov Aviation Institute”. Kharkiv, 2006.
Thesis is devoted to problems of making coordinating decisions at manufacture. Coordinating decisions are decisions which help to agree the results of different decisions made in isolated expert systems during forming the technological processes of parts manufacture (or decisions which are the result of human activity). Conception of decision-making systems totality in the form of distributed artificial intelligence system is given. Choosing of aggregate modeling of actual distributed artificial systems is proved. It permits using of piecewise-linear aggregate for describing of different types of solving blocks. Equivalency of piecewise-linear aggregate and hybrid system (thus hybrid automaton) is grounded, hence realization of solving blocks as hybrid finite-state machine is chosen. Also architecture of distributed AI system in the form of multiagent system is shown. In conclusion model of typical part of distributed multiagent decision-making system is presented, which permits forming coordinating decisions to integrate the requirements of assembly technological processes and technological processes of manufacturing parts being assembled and avoid spoilage during assembly of aircraft products. The structure multiagent system is designed, which allows manufacturing coordinating decisions forming.
Keywords: engineering department, assembly technological process, coordinating decisions, aggregate model, piecewise-linear aggregate, hybrid automaton, agent, agent platform, multiagent system.
Відповідальний за випуск М.О. Латкін
Підписано до друку 19.12.2006 р.
Умов. друк. арк. 1,2. Замовлення 629.
Тираж 100 прим. Безкоштовно.
Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського
„Харківський авіаційний інститут”
, Харків-70, вул. Чкалова, 17
Видавничий центр “ХАІ”
61070, Харків-70, вул. Чкалова, 17