Автореферат: Автоматизированная информационная интеллектуальная система для проектирования технологического оборудования

Выделены два вида связей между элементами:

- связи позиционирования - параллельность осей, совпадение поверхностей и т.д., которые однозначно определяют взаимное расположение элементов друг относительно друга;

- связи , определяющие зависимость значений свойств элементов друг от друга.

Исходные данные для проектирования технологического оборудования изложены в техническом задании , где L - определяющий размер проектируемого аппарата (объем, поверхность теплообмена, поверхность фильтрации и др.); - множество функций проектируемого аппарата; Q₁ - условия взаимодействия аппарата с рабочей средой (давление, температура, коррозионные свойства и др.); Q₂ - условия взаимодействия аппарата с окружающей средой (место установки, ветровые, снеговые нагрузки и. т.д.); Q₃ - условия взаимодействия аппарата с человеком (требования к обслуживанию и безопасности); Q₄ - дополнительные требования и ограничения (например, ограничение по габаритным размерам).

Функции аппарата , где D - указание действия, производимого аппаратом; G - указание объекта, на который направлено действие; H - указание особых условий и ограничений, при которых выполняется действие.

Результат проектирования - рабочий проект , где РП₁ - сборочный чертеж аппарата; РП₂ - сборочные чертежи отдельных частей аппарата; РП₃ - чертежи всех деталей аппарата; РП₄ - спецификации; РП₅ - паспорт аппарата; РП₆ - расчет на прочность; РП₇ - технологические расчеты; РП₈ - руководство по эксплуатации; РП₉ - технологическая документация.

Функциональная модель, отражающая основные этапы проектирования технологического оборудования, представлена на рисунке 1.

Информационные потоки:

, где I₁₁ - множество данных о наличии функциональных элементов; I₁₂ - множество данных о типах функциональных элементов; I₁₃ - множество данных о взаимном расположении функциональных элементов; I₁₄ - множество данных о наличии и типах соединительных элементов;

I₂ - основные размеры и характеристики функциональных элементов аппарата, удовлетворяющие условиям технологического назначения аппарата; ; ; ; I₆ - данные, подтверждающие невозможность удовлетворения условиям технологического назначения аппарата при его выбранной структуре; .

Рис. 1. Функциональная модель процесса проектирования технологического оборудования

Информационные потоки изменений: Iz₁ - изменения структуры аппарата (удаления, добавления, изменения типа или взаимного расположения функциональных элементов); Iz₂ - изменения технологических параметров; Iz₃ - изменения конструкции; Iz₄ - изменения технологии изготовления.

Для разработки программного обеспечения АИИС необходима процедурная модель процесса проектирования FM, реализующая функции, представленные на рисунке 1. FM при помощи информационно-логической модели М проектируемого объекта, модели процессов, протекающих в аппарате , модели технологии изготовления технического объекта , позволяет получить вариант конструкции и технологию его изготовления:

Процедурная модель представлена в виде системы выражений:

,

,

,

,

,

где F₁ - процедура определения структуры технологического оборудования; F₂ - процедура выполнения технологических расчетов оборудования; F₃ - процедура разработки конструкции оборудования; F₄ - процедура разработки технологии изготовления оборудования; - составляющие информационно-логической модели проектируемого объекта.

Составляющие процедурной модели F₁, F₂, F₃, F₄ представлены в виде:

,

где F₁₁ - процедура определения наличие функциональных элементов оборудования; F₁₂ - процедура определения типа каждого из функциональных элементов; F₁₃ - процедура, выполняющая предварительную компоновку функциональных элементов; F₁₄ - процедура, определяющая наличие и типы соединительных элементов оборудования;

где F₂₁ - процедура, определяющая предварительно основные, необходимые для проведения технологических расчетов, размеры функциональных элементов оборудования; F₂₂ - процедура, выполняющая материальный, тепловой и гидродинамический расчеты;

При проведении технологических расчетов уточняются основные размеры или изменяются так, чтобы обеспечивались заданные материальная нагрузка, гидродинамический и тепловой режимы в аппарате. При невозможности обеспечить необходимые материальный, гидродинамический и тепловой режимы при выбранных параметрах оборудования, возможно изменение типов составляющих его элементов или типа оборудования.

где F₃₁ - процедура, определяющая предварительно основные, не определенные ранее в F₂, размеры функциональных элементов оборудования; F₃₂ - процедура, производящая предварительный прочностной расчет; F₃₃ - процедура, выполняющая уточненную компоновку элементов оборудования; F₃₄ - процедура, определяющая неопределенные ранее параметры элементов оборудования, необходимые для создания рабочей документации; F₃₅ - процедура, производящая проверочный прочностной расчет. По результатам проведенных прочностных расчетов возможен возврат к процедуре F₃₄ и изменение размеров элементов.

F₄ - процедура, разрабатывающая технологию изготовления оборудования. Входными данными для разработки технологии изготовления является конструкторская документация, парк оборудования, инструментов и приспособлений. Результат - технологическая документация изготовления деталей и сборки аппарата.

Для выполнения функций проектирования, определенных процедурной моделью, необходимо иметь информационно-логическую модель (ИЛМ) проектируемого технического объекта М, модели процессов, протекающих в аппарате , и модель технологии изготовления технического объекта . В рамках данной работы рассматривается информационно-логическая модель проектируемого технического объекта М на абстрактном и объектном уровнях представления.

На основе методологии автоматизации интеллектуального труда (МАИТ), разработанной в МГТУ «Станкин», предложена структура формирования информационно-логических моделей, представленная на рисунке 2.

Рис. 2. Структура формирования информационно-логических моделей

информационный интеллектуальный оборудование

Информационно-логическое моделирование в соответствии с МАИТ описывает строение технических объектов на разных уровнях представления: абстрактном, объектном и конкретном. Множество структурных единиц объектного уровня формируется на основе системы структурных единиц абстрактного уровня. Множество структурных единиц конкретного уровня базируется на системе структурных единиц объектного уровня и отражает текущее информационное состояние ее элементов.

ИЛМ технических объектов на абстрактом уровне представлена в виде: , где - множество элементов технологического объекта; - модель структуры технологического объекта; - модель, описывающая параметры элементов технологического объекта; - модель позиционирования элементов технологического объекта в пространстве.

Каждый элемент представлен в виде , где - множество свойств этого элемента; - множество возможных значений свойств данного элемента.

Модель структуры используется на уровне концептуального проектирования технического объекта и позволяет:

- выделить из множества функциональных элементов всего технологического оборудования подмножество функциональных элементов , принадлежащих конкретному проектируемому аппарату;

- для каждого элемента из определить его тип;

- установить между элементами из связи позиционирования ;

- на основании установленных связей позиционирования между элементами из определить подмножество соединительных элементов проектируемого технологического аппарата.

Модель структуры представлена в виде:, где - правила, определяющие наличие и количество функциональных элементов технического объекта; - правила, определяющие типы каждого функционального элемента; - правила, определяющие предварительное расположение элементов друг относительно друга, - правила, определяющие наличие и типы соединительных элементов технического объекта.

Модель параметров элементов технического объекта необходима для конкретизации значений таких параметров элементов, как размеры (габаритные, присоединительные и другие), допускаемые отклонения размеров, шероховатость поверхностей, материал изготовления, прочностные и технологические характеристики.

Согласно теории полихроматических множеств и графов, параметры элементов подразделяются на единичные и унитарные. Единичные параметры элемента зависят от исходных данных на проектирование и от параметров других элементов. Унитарные параметры элемента полностью определяются единичными.

Модель параметров элементов представлена в виде: , где - правила и зависимости, определяющие параметры аппарата в целом; - правила и зависимости, определяющие значения единичных параметров элементов; - правила и зависимости, определяющие значения унитарных параметров элементов.

Модель позиционирования позволяет однозначно определить положение элементов относительно друг друга и осуществить их автоматическую сборку. Модель позиционирования представлена в виде:

,

где - реестр типов сопряжений между базовыми осями, ребрами и гранями элементов; - правила, определяющие сопряжения между базовыми геометрическими параметрами элементов.

Любой твердотельный геометрический объект характеризуется кортежем: , где - множество осей; - множество ребер; - множество поверхностей (граней); - множество связей позиционирования (сопряжений) между O, R и Gr.

Установлены следующие типы сопряжений : параллельность (или совпадение) плоскостей или осей //, концентричность , пересечение под углом друг к другу , касание |, симметрия ||.

При позиционировании элементов в пространстве необходимо:

- определить базовые геометрические параметры, то есть выделить подмножество базовых осей, базовых ребер и базовых поверхностей для каждого элемента;

- установить сопряжения между базовыми геометрическими параметрами соединяемых элементов.

Для компьютерной обработки модели определения структуры и модели определения параметров разработано продукционно-фреймовое представление элементов технического объекта и их свойств.

На абстрактном уровне продукционно-фреймовое представление технического объекта имеет вид: ,

где - множество фреймов, описывающих структуру сложных элементов технического объекта; - множество фреймов, описывающих свойства элементов технического объекта; - связи между фреймами.

В третьей главе «Информационно-логическая модель емкостного аппарата» проведен информационный анализ конструкции емкостного аппарата. Представлен краткий обзор основных конструктивных элементов емкостного оборудования, к которым можно отнести: обечайки, днища, штуцера, различные опоры и строповые устройства, теплообменные устройства, фланцевые соединения, перемешивающие устройства и приводы к ним.

Приведен И-ИЛИ граф структуры емкостного аппарата. Показано представление конструкции емкостного аппарата в виде графа , вершинами которого являются функциональные элементы, ребрами - соединительные, позволяющий наглядно отобразить множество элементов емкостного аппарата.

Предложена ИЛМ емкостного аппарата на объектном уровне представления . ИЛМ емкостного аппарата предназначена для получения вариантов конкретных конструкций емкостных аппаратов, удовлетворяющих исходным данным текущей задачи проектирования. Конкретные конструкции получаются при присвоении свойствам структурных единиц объектного уровня определенных фиксированных значений. , - множество элементов емкостного аппарата.

Множество функциональных элементов на верхнем уровне иерархии : e^b0₁ - корпус; e^b0₂ - теплообменное устройство; e^b0₃ - перемешивающее устройство; e^b0₄ - опоры; e^b0₅ - строповые устройства; e^b0₆ - устройства ввода-вывода (штуцеры, люки, лючки); e^b₇ - теплоизоляция; e^b0₈- футеровка; e^b0₉- устройство заземления; e^b0₁₀- устройства для крепления (кронштейны и т.д.). На следующем уровне иерархии множество функциональных элементов корпуса : e^b1₁ - обечайка; e^b1₂ - днище. Множество функциональных элементов перемешивающего устройства E^b3={e^b3}: e^b3₁ - вал; e^b3₂ - стойка; e^b3₃ - мешалка; e^b3₄ - мотор-редуктор и так далее для каждой сборочной единицы.