Подсистема оптимизации процессов

Состоит из стандартных программ поиска глабольнОгО экстремума функций цели, а также работы на специальных моделях изображения и оригинала. Начальные приближения процесса оптимизации, функции цели и другая информация, необходимая для начала процесса, формируются в других подсистемах.

Подсистема конструирования новых фигур

Реализует по существу процессы синтеза более или менее сложных фигур (в том числе и трехмерных), если задан некоторый алфавит простейших фигур. Синтез осуществляется с помощью специального оператора склеивания параметрических моделей простейших фиур в модель сложной фигуры.

Выходы системы

Выходом из системы может быть координатный паспорт решения задачи в виде массива чисел. Другим-выходом может быть изображение либо комплекс изображений на бумаге, светочувствительном материале, на трубке ЭЛТ. Подсистемы обеспечивают возможность вывода последовательно изменяющегося изображения объекта. При наличии соответствующего киносъемочного оборудования может быть получен мультипликационный фильм, моделирующий процесс изменения и показывающий его в динамике.

е. ПРИМЕРЫ АЛГОРИТМОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ ВЫРУБНЫХ ШТАМПОВ

Современное конструирование опирается на широкую унификацию, норма-лизацЙ10, стандартизацию деталей, узлов и целых механизмов и машин. Вырубные штампы по металлу являются объектами, где уровень нормализации очень высок. Казалось бы, разработка формальных моделей и алгоритмов конструирования в этом случае не составит большого труда, так как множество \М'\ вполне определено, Fj (j) также известны. Нормализованные детали и узлы являются результатом обобш,ения опыта и в этом смысле оптимальны. По конструированию штампов имеются многочисленные руководства, где подробно изложен процесс, т. е. имеются Т (а, /...); Rf, {V} и т. д. Однако внимательное ознакомление с этими руководствами и материалами показывает, что они далеко недостаточны для алгоритмического описания. Конструкторский выбор в конкретной ситуации, а также мотивы такого выбора оказываются неформализованными. Таким образом, если в случае штампов исходный алфавит {Л1} образов, которые участвуют в конструировании, и формализован, то выбор из этого алфавита оказывается неформализованным. Излагаемые ниже алгоритмы были получены с помощью метода эвристического Шделирования.

При разработке формальной модели были приняты следующие ограничительные условия.

1. Конструируется простой вырубкой штамп по металлу.

2. Размеры вырубаемых изделий, конструкция деталей и узлов штампа должны выбираться в пределах, соответствующих действующим нормалям машиностроения СССР.

3. Все конструируемые штампы могут быть использованы при такой серийности, которая допускает неавтоматизированную подачу материала под рабочие органы штампа.

Рис. 97. Схема алгоритма конструирования вырубного штампа

Выбор блока штампа и его гтгехнологичееких особенностей

Определение центра давления выр/оки

Выбор заготовки матрицы

Выбор пакета и его деталей I

Подсчет суммарного усилия с провгркой 1. годности пргсса и корректировкой заготовки матрицы

Конструирование матрицы с опргделе-яием Всгх размеров и характеристик

Нет

Выбор и конструирование полки и направ- ляющих планок

Выбор и конструирование упоров с проверкой годности матрицы по габаритным размерам заготовки

4. Рассматриваются штампы только с цельными матрицами и пуансонами при нижнем расположении матрицы.

Исходные данные {V} рдя автоматического конструирования сведены в специальное бланк-задание. Не приводя его здесь во всех подробностях, рассмотрим основную информацию, которая в нем содержится. Эту информацию можно разделить на три основные части: 1) сведения о штампуемом изделии;

2) информация о форме вырубки;

3) характеристика пресса, на котором будет выполняться штамповка.

Рассмотрим эти части подробнее.

1. Штампуемое изделие представляется в виде чертежа, выполненного с соблюдением всех правил ЕСКД и содержащего следующие сведения:

а) вырубаемый на штампе контур, состоящий из сочетания прямых и дуг окружностей со всеми размерами, позволяющими построить его геометрически;

б) класс точности вырубки по контуру и допуски на отдельные размеры контура;

в) толщина вырубаемого материала;

г) марка вырубаемого материала с указанием модуля упругости, а также состояния структуры (закаленный, наклепанный, сырой и т. п.); требования к плоскостиости вырубаемой детали (указывается в случаях, когда она регламентируется определенным допуском);

д) серийность штампуемых деталей в шт./год.

На чертеже могут быть указаны специальные требования и пожелания заказчика, которые учитываются при вводе информации.

2. Информация о ленте либо полосе, на которой должна выполняться вырубка, а также о расположении вырубаемых деталей (в виде эскиза). При этом указывается ширина ленты либо полосы, параметры положения вырубки на полосе относительноХкр'аев, величина перемычек.

3. В характеристике пресса (из его паспорта) обязательным является указание о номинальной силе давления пресса, режиме работы (число ходов в минуту), геометрннеских размерах стола пресса с указанием параметров окна, координат присоединительных элементов, диаметра и глубины гнезда под хвостовик штампа, величины хода пресса с указанием закрытой высоты (минимальной и максимальной), числа стоек пресса.

Следует отметить, что приведенная исходная информация характерна и для обычного ручного конструирования.

Выбор зазора между матрицей и пуансоном, расчет рабочих размеров и допусков на них

т

Полное конструирование пуансона с расчетом на прочности и корректировкой по длине

Выбор и конструирование хвостовика. Расчет закрытой высоты штампа с проверкой на прочность

Q Конец )

Назначение простого штампа иа униберсальиом блоке N,

Назначение совмещенного . специального штампа Ng

назначение последовательного специального штампа

Совмещенный специальный штамп с диагональным распологкением колонок-ЗД

Назначение специального штампа последователь -наго дейстдия5

Назначение специального штампа последовательного действия с осевыми колои <ами-20

Назначение спеца-альмоео штампа последовательного действия сзадми-ми колонками-23

назначение специального штампа последовательного действия с диагональными колонка--ни-21--

Назна'енае специального штампа , последовательного действия сдиаго-иальными ноланкд-

Нет

, <Подача автома -Да I тичесная

назначение специального штампа последовательного действия сосевы-ми колонками -10

H4J-

Назначение специального штампа последовательного действия с задними колоннами- 13

О у

Вырубка?

Прерывание)

,-JJ-1-

Выбор по габаритам блока с мягким сьемии-ком Ви

Сьенник^

Лист г

Рис. 98. Схема алгоритма выбора блока штампа и его технолог гических особенностей

Назначение пос-ледодательного штампа N

назначение совмещенного штампа Nc

На рис. 97 показана одна из самых низких ступеней итерационного эксперимента по выявлению алгоритма конструирования штампа. Здесь в форме информационно-логической схемы показаны основные этапы процесса. Каждый из таких этапов на более поздних этапах эвристического моделирования представляет собой алгоритм или даже комплекс алгоритмов.

Некоторые задачи конструирования штампов и их автоматическое решение. Выбор блока штампа и его технологических особенностей является типичным логическим алгоритмом, который рассчитан на несколько более широкие пределы (включены некоторые специальные штампы), чем это предусмотрено исходными данными, поэтому этот алгоритм является универсальным.

Выбор осуществляется на основании учета факторов, которые закодированы следующим образом: К - партия штамповки; Si, - толщина штампуемого материала; m - величина конструктивной перемычки; Шгат - минимально допустимая величина т.

Логика выбора осуществляется на основе эвристического моделирования и понятна из схемы алгоритма (рис. 98). В качестве выхода получается полная технологическая формула штампа, на основании которой можно выполнять дальнейшее конструирование.

Рассмотрим теперь один из наиболее сложных и важных алгоритмов конструирования вырубного штампа - алгоритм конструирования пуансона (рис. 99).

Исходные данные для алгоритма:

1) формула штампа, полученная в результате работы алгоритма выбора блока, рассмотренного выше;

2) информация о контуре вырубки и материале вырубки (из общего для всего комплекса исходных данных), а также об усилии вырубки Р^;

3) массивы данных в виде таблиц из соответствующих нормалей и стандартов:

а) припусков на расклепку крепительного конца пуансона;

б) допусков на точность и посадку;

в) параметров винтов с внутренним шестиугольником и шлицей;

г) параметров материалов, применяемых для изготовления пуансонов (беж; £ и т. д.);

д) зазоров Дд между пуансоном и съемником в зависимости от толщины S вырубки от материала;

е) константы: 3; 6; 15; 30; 50; 0,5; 150 ООО; АШ - припуск на заточку; Д/Яки - припуск на перешлифовку (из таблиц нормалей на штамп); Sch - высота для съемника; 5нп - высота направляющей части; 5пл - высота направляющих планок; расчетные постоянные: 0; 4; 105; 90; 2; 3,14; 0,6; 16.

В алгоритме участвуют стандартные операторы и подпрограммы: выбора информации и таблиц;

Д-операции (эквидистанта по контуру фигуры вырубки с параметром Д); описывания около контура вырубки прямоугольника либо окружности; поиска посадочных участков по контуру фигуры сечения пуансона; формирования посадочных участков; конструирования винтового крепления пуансона; вычисления площади вырубки;

вычисления минимального момента инерции рабочего сечения пуансона.

(Начало

Вырубка no OKpy/KHOcmil: ВО

г-DO.

Крепление пуансона на винтах АП-*-r

Алг/итм кок^\\ струированил винтового крепления

щ

.F0

Bti6op табличных параметроЬ винтов по диа-метрр резьбы

Высота рабочего контура пуансона

г-Ю. I

Общая высота пуансона:

r-JO

Тшт

Выбор мап . ла дляпуан сона по

Описание прямоугольника около контура вырубки

ечисление Jfiii Учения работа части Ч/ансона

Списывание окр ] /кности около контура вырувки

I :

Формирование й-операции {экви-дистантау. & := 0.5мм

&-операци)

Засылка габаритных размеров посадочной частивмас-ио формулы пуансо-нодержателя

Выбор вопусков и а размеры посадочной части пу-ансона (2 класс)

Мягкий материал вырубки?

Формирование кодов вурта 5x5мм по периметру посадки

Рис. 99. Схема алгоритма конструирования пуансона штампа:

max,mln ~ экстремальный размер контура вырубки; - усилие вырубки;

t - расчетная константа

В сз проверяются условия Выбора посадочного участка пуансона СЛ.У)

минимальный радиус инерции сечения пуансона; D - признак направляющего съемника;

Как видно из перечня, Конструирование Ьуанебна ьрёдставляется как некоторый комплекс из алгоритмов и операторов.

Описание пуансона формируется в виде массива ячеек (i = п, с описание пуансона, съемника).

В комплексе участвуют алгоритмы решения геометрических задач. Интересно отметить, что в алгоритмах конструирования, которыми мы занимались, геометрические задачи занимают до 70% объема. Примерами геометрических задач, которые опираются на относительно несложные в смысле их моделирования геометрические процессы, являются следующие:

построение эквидистанты плоского контура;

определение параметра геометрической фигуры;

вычисление координат центра тяжести и т. п.

Однако и в этих задачах необходима большая изобретательность в выборе методов вычисления и подходов к процессу формализации.-Примерами неформальных задач могут служить:

распознавание особенностей контура типа простой , сложный , выступ , впадина и т. п.; ч)

разрезание многогр^ной поверхности для ее развертывания и многие другие задачи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЭВМ - великое открытие нашего века - становится хорошим помощником по мере того, как расширяются возможности передачи ей функций, моделирующих интеллектуальную деятельность. При решении конкретных технических задач эта деятельность отражается в поведении человека.

Метод эвристического моделирования, изложенный в книге, предназначен для рационализации и планирования деятельности разработчика алгоритмов на стадии формализации задачи, процесс решения которой должен отражать деятельность человека

При создании алгоритма часто возникает проблема установле ния необходимых ограничений, уточнения определений, класси фикации случаев и других подробностей сложного процесса Попытки решительной формализации такой задачи путем аппрок симации с помощью, например, уравнений ведут обычно к боль шим упрощениям модели, при которых может потеряться суще ство задачи.

С помощью эвристического моделирования могут быть выявлены эвристики. Часто приходится слышать, что эвристики - это недостаточно обоснованные приемы решений, они не могут дать наилучшие решения. Одно из эмоционально заостренных и метких определений эвристики дано А. Г. Ивахненко [9]: ... Эвристики - это решения в области, не относящейся к предмету и компетенции математики. Результаты эвристик во много раз перекрывают то, что можно получить в формализуемой области .

В справедливости этого авторам книги приходилось убеждаться не раз. Конечно, надо желать, чтобы в решении полезных для человека задач область эвристик сужалась, уступая место новым математическим методам.

Весьма сложным и интересным с точки зрения эвристического моделирования является процесс конструирования. Подробное изложение особенностей моделирования процессов такого типа

требует написания еще одной книги. Ограничимся несколькими замечаниями, дополняющими материал этого издания.

При моделировании графических и геометрических задач естественный итерационный эксперимент ставится таким образом, что экспертом, оценивающим полезность деятельности человека, является экспериментатор. В сложных случаях применяются более разветвленные схемы эвристического моделирования.

Так, например, для оценки действия человека, части решения или всего решения в целом может быть применена коллективная экспертная оценка либо имитационное моделирование. В качестве примера применения такой экспертной оценки может служить моделирование процесса размещения органов управления и контроля на панели управления. Примером же применения имитационного моделирования является работа по формализации плотных укладок на плоскости и в пространстве.

В последнем случае логика решения и эвристики, вырабатываемых испытуемыми в ходе-итерационного эксперимента, проверялись имитацией алгоритмического решения, которое проводил человек, не знакомый с существом задачи, по командам экспериментатора. Возможны, конечно, и другие формы включения имитационного моделирования.

Таким образом, известные экспертные оценки и имитационное моделирование могут включаться в состав эвристического моделирования, например, для оценки эвристических приемов, выявленных в ходе естественного итерационного эксперимента.

Однако следует подчеркнуть, что средством, доставляющим информацию во всех случаях, является эвристическое моделирование. Изложенное позволяет характеризовать эвристическое моделирование как способ подготовки такого описания деятельности человека в ходе решения задачи, который позволяет применить другие методы моделирования.

Эвристическое моделирование по своим целям и задачам отличается от известного метода эвристического программирования. Последнее ставит своей задачей более глобальную цель моделирования мыслительной деятельности. При эвристическом программировании создается некоторый набор приемов, используемых мышлением (например, индукция, предпочтение, ассоциация и т. п.). Затем составляется некоторая программа, генерирующая стратегии с использованием этих приемов. По-видимому, и при эвристическом программировании сбор исходной информации, ее классификация осуществляются методом, аналогичным эвристическому моделированию.

Из литературы известны только несколько действующих программ такого типа. Они отличаются большой сложностью и малой надежностью. Стоимость разработки таких программ высока.

Расширяющееся применение ЭВМ в процессах производства привело к проблеме автоматизации сложных систем. Под этим понимается проблема создания теории, методов, приемов, приме-

няющихся при аЁтоматйзйроваНном создании составных комплексов; обеспечивающих решение трудноформализуемых задач в режиме оперативного диалога между человеком и ЭВМ. В создании таких комплексов возникают проблемы, для решения которых может быть с успехом применено эвристическое моделирование. Упомянутые комплексы кроме аппаратурных технических средств (ЭВМ, периферийные устройства и т. п.) содержат развитое математическое обеспечение различных уровней и назначения.

Наиболее рациональным языком общения между человеком и ЭВМ в такой системе является чертеж.- Скорость поиска и выборки информации ИЗчертежа человеком является наиболее высокой по сравнению с другими способами описания (например, словесным). С другой стороны, известно, что чертеж включает в себя, огромное количество информации, поэтому в состав математического обеспечения комплекса, предусматривающего диалог человека и ЭВМ, должен входить пакет прикладных программ, ориентированных на решение задач, связанных с чертежом.

Эскиз основной части такого пакета вместе с методом эвристического моделирования пытались дать в этой книге ее авторы..