Основы автоматизации технологических процессов и производств. Том 2. Методы проектирования и управления
Покупка
Тематика:
Автоматика
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 480
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-4139-6
Артикул: 656561.02.99
Доступ онлайн
3 000 ₽
В корзину
Изложены теоретические основы и практические методы автоматизации технологических процессов и производств в соответствии с профессиональной деятельностью магистров по направлению "Автоматизация технологических процессов и производств".
Приведены материалы, относящиеся к онтологии задач, включая методы преобразования входных данных при проектировании и управлении в выходные данные, методы создания интеллектуальных систем, технология экспертного программирования, структурированные порождающие системы, геометрические знания, математические негеометрические знания, интегрирование с использованием систем, основанных на знаниях, хранение и отображение баз знаний.
Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, читаемых авторами в МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедре "Компьютерные системы автоматизации производства". Представленные материалы могут быть использованы в научно-исследовательской деятельности магистров при создании интеллектуальных систем по направлению "Автоматизация технологических процессов и производств".
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.04: Автоматизация технологических процессов и производств
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ В двух томах Под общей редакцией Г.Б. Евгенева Том 2 Методы проектирования и управления Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Автоматизация технологических процессов и производств»
УДК 004.4
ББК 32.81
О-75
Авторы:
Г.Б. Евгенев, С.С. Гаврюшин,
Е.Н. Хоботов
Рецензенты:
кафедра «Микропроцессорные средства автоматизации»
Пермского национального исследовательского политехнического
университета (заведующий кафедрой канд. техн. наук,
доцент А.Б. Петроченков);
д-р техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»
Ю.В. Подураев
Основы автоматизации технологических процессов и производств :
учебное пособие : в 2 т. / [Г. Б. Евгенев и др.] ; под ред. Г. Б. Евгенева. —
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015.
ISBN 978-5-7038-4137-2
Т. 2 : Методы проектирования и управления. — 2015. — 479, [1] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-4139-6
Изложены теоретические основы и практические методы автоматизации технологических
процессов и производств в соответствии с профессиональной деятельностью магистров по
направлению «Автоматизация технологических процессов и производств».
Приведены материалы, относящиеся к онтологии задач, включая методы преобразования
входных данных при проектировании и управлении в выходные данные, методы создания интел-
лектуальных систем, технология экспертного программирования, структурированные порожда-
ющие системы, геометрические знания, математические негеометрические знания, интегрирова-
ние с использованием систем, основанных на знаниях, хранение и отображение баз знаний.
Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, читаемых авторами в МГТУ им.
Н.Э. Баумана на кафедре «Компьютерные системы автоматизации производства». Представленные
материалы могут быть использованы в научно-исследовательской деятельности магистров при со-
здании интеллектуальных систем по направлению «Автоматизация технологических процессов и
производств».
УДК 681.5
ББК 32.965
ISBN 978-5-7038-4139-6 (т. 2) Оформление. Издательство
ISBN 978-5-7038-4137-2 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015
О-75
Оглавление 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие .................................................................................................................. 5 Список сокращений ...................................................................................................... 7 1. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ........................ 10 1.1. Фазы создания интеллектуальных систем ........................................................ 10 1.2. Многоагентные системы автоматизации .......................................................... 16 1.3. Технология экспертного программирования ................................................... 27 1.4. Геометрические знания ...................................................................................... 49 1.5. Математические знания ..................................................................................... 51 1.6. Синергетические системы .................................................................................. 58 1.7. Генетические алгоритмы .................................................................................... 63 1.8. Лингвистические переменные ........................................................................... 80 1.9. Нечеткие базы знаний ........................................................................................ 85 1.10. Извлечение знаний из данных ......................................................................... 97 1.11. Нейросетевые модели ....................................................................................... 107 Вопросы для самопроверки ...................................................................................... 115 2. МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНСТРУКТОРСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ............................................................................................ 117 2.1. Системный анализ проектных действий ........................................................... 117 2.2. Модульное проектирование ............................................................................... 134 2.3. Методы функционально-структурного анализа и синтеза принципиальных схем изделий........................................................................................................ 148 2.4. Расчеты методом конечных элементов ............................................................. 157 2.5. Многокритериальная оптимизация в жизненном цикле изделий................... 164 Вопросы для самопроверки ...................................................................................... 175 3. МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ............................................................................................ 177 3.1. Методы проектирования структуры технологических процессов ................. 177 3.2. Методы создания баз знаний структурного синтеза маршрутных техно- логических процессов ........................................................................................ 187 3.3. Методы создания баз знаний структурного синтеза операций обработки .... 192 3.4. Методы синтеза структуры технологических процессов сборки ................... 197 3.5. Методы нормирования технологических процессов ....................................... 201 3.6. Программирование операций сверлильно-расточной обработки на станках с числовым программным управлением ........................................................... 256 3.7. Программирование операций токарной обработки на станках с числовым программным управлением ............................................................................... 276 3.8. Программирование операций фрезерной обработки на станках с числовым программным управлением ............................................................................... 294 Вопросы для самопроверки ...................................................................................... 309
Оглавление 4 4. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ ................................................. 311 4.1. Основные задачи и общая структура управления на современных предприятиях ...................................................................................................... 311 4.2. Маркетинговые исследования .......................................................................... 316 4.3. Стратегическое планирование .......................................................................... 327 4.4. Методы тактического планирования деятельности предприятий ................. 342 Вопросы для самопроверки ...................................................................................... 416 5. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ........................................................ 417 5.1. Этапы развития систем качества ....................................................................... 417 5.2. Термины и определения ..................................................................................... 423 5.3. Показатели качества продукции ........................................................................ 428 5.4. Процесс управления качеством ......................................................................... 432 5.5. Планирование качества ...................................................................................... 435 5.6. FMEA-анализ и статистические методы управления качеством .................... 440 Вопросы для самопроверки ...................................................................................... 448 6. МЕТОД ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ ...... 449 6.1. Описание сложной системы ............................................................................... 449 6.2. Процессы в производственной системе ............................................................ 451 6.3. Ресурсы производственной системы ................................................................. 452 6.4. События в модели производственной системы................................................ 453 6.5. Формализация действий в производственной системе ................................... 455 6.6. Пример производственной системы.................................................................. 458 6.7. Имитационная модель производственной системы ......................................... 460 Вопросы для самопроверки ...................................................................................... 474 Литература ..................................................................................................................... 475 Предметный указатель .................................................................................................. 477
Предисловие 5 ПРЕДИСЛОВИЕ Переход от индустриального к постиндустриальному информационному обществу на базе компьютерных технологий приведет к кардинальным пере- менам во всех сферах человеческой деятельности, в том числе и в области ав- томатизации технологических процессов и производств. В информационном обществе в полной мере реализуется знаменитый тезис «знание – сила», сформулированный Ф. Бэконом в 1597 г. Персональный компьютер станет основой для автоматизации инженерной деятельности, которая как и инже- нерное образование, будет осуществляться на базе персональных специали- зированных объектно-ориентированных интеллектуальных рабочих мест, интегрированных на техническом, программном, информационном, методи- ческом и организационном уровнях в единую среду. В ХХI в. конкурентоспо- собность предприятий и физических лиц будет определяться объемом и каче- ством информационных ресурсов, которыми они обладают. С точки зрения возможности автоматизированной обработки информа- ционные ресурсы могут находиться в двух формах: пассивной и активной. Описание пассивной информации содержится в предметной онтологии, кото- рой посвящен первый том учебного пособия. Активные информационные ре- сурсы представляют собой содержание онтологии задач, которой посвящен второй том. Активные информационные ресурсы превращают компьютер в активного партнера, не только выполняющего всю рутинную расчетную, поисковую и оформительскую работу, но и помогающего инженеру принимать проектные решения, оставляя за ним по преимуществу творческие функции. Есть осно- вание полагать, что отношение объема активных информационных ресурсов к общему объему национальных информационных ресурсов станет одним из существенных экономических показателей каждой страны. Компьютеризация инженерной деятельности должна быть направлена не столько на использование готовых активных и пассивных ресурсов, сколько на создание новых активных информационных ресурсов и перевод пассивных в активную форму, внешнее представление которой должно быть удобно для восприятия инженером. Такой подход позволит аккумулировать инженерные знания и опыт в ви- де активных ресурсов, избавив специалистов, решающих конструкторские и технологические задачи, от необходимости изучения алгоритмических язы-
Предисловие 6 ков, которые до последнего времени были единственным средством пред- ставления активных ресурсов. Создание баз знаний при этом составит основ- ное направление научной деятельности магистров в области автоматизации технологических процессов и производств. Материал учебного пособия соответствует курсу лекций, читаемых авто- рами в МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедре «Компьютерные системы автома- тизации производства». Учебное пособие подготовлено под общей редакцией д-ра техн. наук, профессора Г.Б. Евгенева. Материал между авторами распределен следующим образом: гл. 1—3, 5, 6 — Г.Б. Евгенев, разд. 2.4 — С.С. Гаврюшин, гл. 4 — Е.Н. Хоботов. Авторы выражают благодарность разработчикам метаинструментальной среды СПРУТ и прикладных систем SprutCAM, СПРУТ-ТП и СПРУТ-ОКП, материалы которых использованы при написании данного учебного пособия. Особо следует отметить А.Х. Хараджиева, В.Х. Хараджиева, А.Н. Пономарё- ва, А.В. Реутова, В.Н. Глушкова, Н.В. Сергеева (ЗАО «СПРУТ-Технология») и Б.В. Кузьмина, Г.В. Серегина, А.А. Кокорева, А.Г. Стисеса, С.С. Крюкова и Н.С. Гришина (ООО «Центр СПРУТ-Т»). Авторы с благодарностью примут замечания и пожелания читателей.
Список сокращений 7 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АДО активный динамический объект АС автоматизированная система АСУ автоматизированная система управления БД база данных БЗ база знаний БКГ Бостонская консультативная группа ГА генетический алгоритм ГАЛ гибкая автоматизированная линия ГАП гибкое автоматизированное производство ГПС гибкая производственная система ГПУ гибкий производственный участок ИАД интеллектуальный анализ данных ИИ искусственный интеллект ИМ имитационное моделирование, имитационная модель ИНС искусственные нейтронные сети ИПП исследование пространства параметров ЖЦИ жизненный цикл изделия ЖЦП жизненный цикл проекта МАС многоагентная система МАСАПР многоагентная система автоматизированного проектирования МИЗ модуль инженерных знаний МЗ модуль знаний МКЭ метод конечных элементов МТП метамодель технологического процесса ОК оператор кроссинговера ОМ оператор мутации ООП объектно-ориентированный подход ООПр объектно-ориентированное программирование ПО программное обеспечение САП система автоматизации программирования САПР система автоматизированного проектирования СДС сложные дискретные системы
Список сокращений 8 ТО технический объект ТП технологический процесс ТЗ техническое задание УП управляющая программа ЧПУ числовое программное управление ЭВМ электронная вычислительная машина ЭС экспертная система ЯФМ язык функционального моделирования ABS Account Breakdown Structure B-Rep Boundary Representation CAD Computer Aided Design CAE Computer Aided Engineering CALS Computer Aided Life-cycle System CAM Computer Aided Manufacturing CAPP Computer Aided Process Planning CASE Computer Aided Software Engineering CIM Computer Integrated Manufacturing CLDATA Cutter Location DATA CRM Customer Relationship Management ER Entity-Relationship ERP Enterprise Resource Planning system FEA Finite-е1еmеnt Analysis ICAM Integrated Computer-Aided Manufacturing IGES Initial Graphics Exchange Specification IDEF Integrated DEFinition IDEF0 Function Modeling IDEF1X IDEF1 Extended Data Modeling IDEF3 Integrated DEFinition for Process Description Capture Method ISO International Standard Organization FK Floated Key HTML Hypertext Markup Language MES Manufacturing Enterprise Solutions NURBS Non-uniform rational b-spline OBS Organization Breakdown Structure OLAP Online analytical processing OSTN Object State Transition Network PDES Product Data Exchange Specification PDM Product Data Management PFDD Process Flow Description Diagrams RAD Rapid Application Development
Список сокращений 9 RBS Resource Breakdown Structure SADT Structured Analysis and Design Technique SGML Structured Generalized Language SRM Supplier Relationship Management STEP Standard for Exchange of Product model data STL Standard Template Library SWOT Strengths, Weaknesses, Opportunities and Threats UML Unified Modeling Language UOB Unit of Behavior WBS Work Breakdown Structure XML Extensible Markup Language
1. Методы создания интеллектуальных систем 10 1. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ 1.1. Фазы создания интеллектуальных систем В т. 1 «Информационные модели» приведена функциональная модель жизненного цикла машиностроительных изделий в области производства (см. т. 1, рис. 1.22). Программные средства являются изделиями индустрии информатики и имеют свои этапы жизненного цикла, которые будут рас- смотрены ниже. На рис. 1.1 представлена общая функциональная модель создания при- кладных программных средств как «черный ящик». На входе имеются про- блемы прикладной области, которые с помощью технических средств вычис- лительной техники и инструментальных программных средств под управлением пользователя преобразуются в прикладную интеллектуальную систему. Первый шаг декомпозиции общей функциональной модели содер- жит основные этапы жизненного цикла разработки прикладного программно- го изделия (рис. 1.2). Создание современных интел- лектуальных проблемно-ориенти- рованных систем невозможно без использования соответствующих CASE-технологий. В широком смысле CASE-технология пред- ставляет собой совокупность ме- тодологий анализа, проектирова- ния, разработки и сопровождения сложных систем программного обеспечения (ПО), поддержанную комплексом взаимосвязанных средств автоматизации. Технология должна опреде- лять последовательность дей- ствий (фаз) при создании интел- лектуальных прикладных систем (см. рис. 1.2), обеспечивающих с высокой эф- фективностью и качеством достижение поставленных целей. Необходимость со- здания таких систем обусловлена проблемами, возникающими в прикладной об- ласти. На выявление этих проблем и должен быть направлен анализ прикладной области. Рис. 1.1. Общая функциональная модель со- здания прикладных программных средств как «черный ящик»
1.1. Фазы создания интеллектуальных систем Рис. 1.2. Модель основных этапов жизненного цикла прикладных программных средств
1. Методы создания интеллектуальных систем 12 Процесс создания интеллектуальной системы представляет собой сово- купность упорядоченных во времени и взаимосвязанных работ, необходимых и достаточных для разработки системы, удовлетворяющей заданным требо- ваниям. С целью рациональной организации и планирования эти работы объ- единяют в фазы, которые должны заканчиваться заданным результатом. Номенклатура работ зависит от используемых при создании системы методов и средств. Стадии создания автоматизированных систем (АС), к которым относятся и интеллектуальные прикладные системы, определены ГОСТ 34.601–90. В связи с высоким уровнем автоматизации процессов стан- дартные стадии целесообразно объединить в фазы (см. рис. 1.2). Отметим, что стадии ввода в действие и сопровождения АС в учебном пособии не рас- сматриваются. Фаза «Предпроектное исследование» соответствует стадии «Формирова- ние требований к АС» приведенного ГОСТа. Результаты выполнения этой фазы фиксируются в следующих диаграммах типа «как есть»: организацион- ной структуры, функциональной, прецедентов и целей. Функциональные диаграммы строятся в стандарте IDEF0, а диаграммы прецедентов — в стан- дарте UML (см. т. 1, рис. 1.36). Фаза «Концептуальное проектирование» объединяет стадии «Разработка концепции к АС», «Техническое задание» и «Эскизный проект». Результаты выполнения этой фазы фиксируются в следующих диаграммах типа «как должно быть»): организационной структуры, функциональной, прецедентов, а также в техническом задании (ТЗ), общей диаграмме компонентов, словаре концептов и диаграмме развертывания. Технические задания на интеллектуальные прикладные системы разрабатываются в соответствии с требованиями ГОСТ 34.602–89 «Техническое задание на создание автоматизированной системы». В процессе концептуального проектирования должна быть разработана общая диаграмма компонентов UML, которую можно рассматривать как составляющую эскизного проекта. Диаграммы компонентов UML применяются для моделирования статического вида системы с точки зрения реализации, включая моделирование физических сущностей, развернутых в узле, например исполняемых программ, библиотек, таблиц, файлов и документов. Другими словами, диаграммы компонентов — это диаграммы классов, сфокусированные на системных компонентах. На рис. 1.3 представлена общая диаграмма компонентов многоагентной конструкторско-технологической системы, представляющая собой граф, вершины которого состоят из компонентов и интерфейсов, а ребра показывают отношения между ними. Базовым компонентом является ядро системы, реализуемое интерфейсом системы с пользователем. Ядро системы зависит от составляющих, которые выполняют основные функции системы: проектирование и конструирование изделий, а также про- ектирование технологических процессов (ТП). Каждая из этих трех функций состоит из пары «компонент — метод». Метод обеспечивает интерфейс ком- понента с ядром.
Доступ онлайн
3 000 ₽
В корзину