Жизненный цикл машиностроительного
изделия как объект моделирования[1]
Ж.Е. Зимнухова,
старш. препод., к.т.н., zimnuhova@mail.ru,
В.А. Немтинов,
зав. каф., д.т.н., проф., nemtinov@mail.gaps.tstu.ru
ТГТУ, г. Тамбов
Рассмотрена информационная
модель машиностроительного изделия, представленная в виде графовой структуры
фреймов и включающая сведения о составе, свойствах системы и ее элементах, а
также способах задания значений этих свойств, которая позволяет специалисту
систематизировать всю информацию о реальном физическом объекте, упорядочить ее
хранение на электронных носителях и обеспечить эффективную обработку.
Considered Information model engineering products, presented as a graph
structure of frames and includes information on the composition, properties of
the system and its elements, as well as how to set the values of these
properties. Information model allows the
specialist to systematize all the information about real physical objects, and
to streamline its storage on electronic media and to ensure effective processing.
Каждое
изделие (машина, механизм, инструмент и др.) создается для удовлетворения
соответствующих потребностей человека и представляет собой техническую систему,
описываемую совокупностью элементов, отношение к которым зависит от того, с
каких позиций рассматривать изделие. Изделие можно рассматривать как объект эксплуатации или производства. В первом случае, оно
представляется совокупностью функциональных элементов, определяемых служебным
назначением изделия, во втором, представляет собой техническую систему в виде совокупности сборочных единиц и
деталей, обезличенных с точки зрения их функционального назначения. Из этих
двух представлений первичным является изделие как объект эксплуатации, так как оно создается для удовлетворения
соответствующих потребностей человека; вторичным является изделие как объект
производства.
В
настоящее время существует вполне определенная потребность в создании
информационной модели машиностроительного изделия, которая характеризовала бы
сложность и трудоемкость изготовления изделия с точки зрения сложившегося
уровня развития производительных сил и возможностей современного производства,
а также отражала бы изменение ее характеристик в течение всего срока эксплуатации.
Модель информационного объекта
Введем
понятие информационного объекта для машиностроительного изделия.
Определение. Информационным объектом машиностроительного
изделия называется формализованная совокупность знаний о нем, представленная в
виде графовой структуры фреймов и включающая сведения о составе, свойствах
комплекса и его элементах, а также способах задания значений и/или графического
образа этих свойств для различных этапов жизненного цикла машиностроительного
изделия. Схема представления данных об информационном объекте 
, описывающего машиностроительное изделие, приведена на рис.
1.
, (1)
где 
- фрейм, описывающий
структурный состав физического объекта [1]; 
- фрейм, описывающий
свойства, характерные для всего объекта; 
- множество способов
задания свойств объекта; 
- множество моделей, позволяющих
определить значения свойств, характерных для всего объекта; 
- множество моделей
графических образов свойств, для которых он актуален (отдельные свойства могут
не иметь графического образа).
При
этом следует отметить, что:
,
где
, 
, 
- соответственно наименование слота свойства 
, его значение и графический образ, 
- количество свойств; 
- время жизненного
цикла объекта.
Элементами
множества являются термы:
рис.
1 Схема представления знаний об информационном объекте, описывающего
машиностроительное изделие
При
этом следует отметить, что способы задания свойства в течение времени могут
меняться.
Элементами
множества являются модели для
определения значений соответствующих свойств:
,
где
- модель для определения значения 
- го свойства объекта в 
-ый момент времени.
В
связи с тем, что отдельное свойство может иметь числовое или строковое
значение, то для его определения может быть использована либо математическая модель,
определяющая значение свойства числом, либо лингвистическая модель,
например модель концептуальной
зависимости, определяющая значение свойства строкой символов.
Элементами
множества являются модели
графических образов соответствующих свойств:
,
где
- модель графического образа - го свойства в -ый момент времени.
В
свою очередь, каждый 
- ый элемент сложного информационного объекта 
может быть описать
аналогичным (1) способом:
,
где
- фрейм, описывающий
структурный состав - го элемента информационного объекта; 
- фрейм, описывающий
свойства, характерные для - го элемента объекта; 
- множество способов
задания свойств - го элемента объекта; 
- множество моделей,
позволяющих определить значения свойств, характерных для - го элемента объекта; 
- множество моделей
графических образов свойств - го элемента объекта, для которых он актуален (отдельные
свойства могут не иметь графического образа).
,
где
, 
, 
- соответственно наименование слота свойства 
- го элемента объекта, его значение и графический образ, 
- количество свойств - го элемента объекта; - время жизненного
цикла объекта.
Элементами
множества являются такие же
термы, как и для .
Для
- го свойства - го элемента объекта, значение которого определяется в результате
использования аналитической или информационно-логической модели, предлагается
модель 
:
.
Для
- го свойства - го элемента объекта, которое имеет графический образ,
предлагается модель 
, реализованная на интервале времени 
:
.
Следует
отметить, что информационный объект и множество 
(элементов объекта ) имеют аналогичную структуру. В связи этим можно говорить о
шаблоне для описания информационного объекта или его элементов.
Реализация модели
Реализацию
модели рассмотрим на примере форматора-вулканизатора 6475 НР (пресс гидравлический):
.
Элементами
множеств , 
являются:
В
качестве примера множеств , описывающих свойства, характерные для - го элемента объекта можно отметить:
Для
-го свойства - го элемента объекта, значение которого определяется в
результате использования модели, предлагается модель 
, принадлежащая множеству .
Примерами
таких моделей, рассмотренных ниже, являются:
По
способу определения значений свойств элементов все модели можно разделить на
аналитические и информационно-логические.
Аналитические
модели представляют собой систему математических выражений, с помощью которых
рассчитывается значение определенного свойства (например, уровень звуковой
мощности машины [2]).
Информационно-логическая
модель (ИЛМ) отображает данные
предметной области в виде совокупности информационных объектов и связей между
ними, которые при наличии определенного способа их обработки, позволяют
определить значение свойства (например, причину отказа механизма загрузки), а
также определяет последовательность технологических операций на этапе
изготовления изделия и формирует последовательность действий для лица,
принимающего решения, в случае возникновения аварии и при нормальном режиме эксплуатации.
Информационно-логические модели для определения значений свойств
элементов информационного объекта
В общем виде ИЛМ поддержки принятия решений для
обеспечения режимов нормального функционирования форматора-вулканизатора представляет
собой объединение множеств данных и связей между ними в виде правил. Отдельное
продукционное правило, содержащееся в базе знаний, состоит из двух частей:
антецендента и консеквента. Антецедент представляет собой посылку правила
(условную часть) и состоит из элементарных предложений, соединенных логическими
связками И, ИЛИ. Консеквент (заключение) включает одно или несколько
предложений, которые выражают либо некоторый факт, либо указание на
определенное действие, подлежащее исполнению.
Таким образом, ИМЛ может быть представлена следующим
кортежем
,
где
- оператор ИЛМ, 
- множество данных
ИЛМ, 
- множество правил.
В
свою очередь, правила, входящие в модель, построены по типу: если … (условия выполняются), то … (реализация
следствия), в формализованном виде описываются следующим образом [3]:
,
где
- обозначение условия
“если”, 
- обозначение
следствия “то”, 
, 
- арифметический
оператор, 
- логический оператор,
- соответственно
входные и выходные данные модели, 
- множество значений
данных антецендента 
, 
- значение для данных консеквента 
, 
- количество условий, 
- индекс правила.
Конкретный
вид ИЛМ рассмотрим на примере определения значений свойств «диагноз текущего состояния»
и «рецепт (способ) устранения неисправности» для элемента «механизм управления
диафрагмой», которые изменяются в течении всего жизненного цикла изделия.
Рассмотрим
правила, на основе которых должны приниматься решения по устранению неполадок в
работе механизма управления диафрагмой. Они собраны специалистами по прикладным
знаниям (экспертами) и авторами в процессе контактов со специалистами по обслуживанию
оборудования. Для этого будем использовать множества данных о состоянии механизма
управления диафрагмой 
, возможных причинах неисправностей 
и способах их устранения 
:
, 
;
, 
;
, 
;
Примеры
этих данных приведены в таблицах 1, 2, 3, а примеры правил определения значений
свойств «диагноз текущего состояния» и «рецепт устранения неисправности» для
элемента «механизм управления диафрагмой» – в таблице 4 и таблице 5.
Таблица
1
Возможные состояния механизма
управления диафрагмой
|
№ |
Наименование |
|
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
6 |
|
|
7 |
|
|
8 |
|
|
9 |
|
|
10 |
|
|
… |
… |
="механизм не работает"
="не фиксируется байонетный затвор"
="недостаточное нагнетание"
="неравномерная подача"
="шум при работе механизма"
="механизм останавливается"
="повреждены поршневые уплотнители"
="поврежден поршень цилиндра"
="протекают уплотнения"
="низкое давление нагнетания"Таблица
2
Возможные причины неисправностей механизма
управления диафрагмой
|
№ |
Наименование |
|
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
6 |
|
|
7 |
|
|
8 |
|
|
9 |
|
|
10 |
|
|
… |
… |
="заклинивание поршня в цилиндре"
="поврежден электрический контакт бесконтактного датчика"
="чрезмерное давление нагнетания"
="попадание воды в масло"
="высокая температура, деформация уплотнительных
манжет"
="уплотнения из неподходящего материала"
="засорение масляного фильтра"
="отложение продуктов износа на масляном фильтре"
="неисправен гидрораспределитель"
="заклинивание штока цилиндра"Таблица
3
Возможные действия по
устранению неисправностей механизма управления диафрагмой
|
№ |
Наименование |
|
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
6 |
|
|
7 |
|
|
8 |
|
|
9 |
|
|
10 |
|
|
… |
… |
="поменять масло"
="проверить электрическое подключение согласно нормативам"
="измерить давление манометром и сравнить с паспортными
данными"
="промыть гидрораспределитель"
="отполировать шток"
="отполировать поршень цилиндра"
="установить решетку на подаче"
="очистить масляный фильтр"
="повысить уровень масла в масляном баке до нормы"
="проверить уплотнения и тщательно затянуть крышки"Таблица
4
Примеры правил по
определению значения свойства «диагноз текущего состояния»
|
№ |
Условие |
Следствие |
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
5 |
|
|
|
… |
… |
… |
Таблица 5
Примеры правил по
определению значения свойства «рецепт устранения неисправности»
|
№ |
Условие |
Следствие |
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
5 |
|
|
|
… |
… |
… |
Заключение
Предложенная
авторами информационная модель машиностроительного изделия, представленная в
виде графовой структуры фреймов и включающая сведения о составе, свойствах
системы и ее элементов, а также способах задания значений этих свойств, позволяет
специалисту систематизировать всю информацию о реальном объекте, упорядочить ее
хранение на электронных носителях и обеспечить эффективную обработку.
Литература
1.
Минский М. Фреймы для представления знаний - [Электронный ресурс] –
Режим доступа:
http://a-future.ru/frejjmy-dlya-predstavleniya-znanijj-m-minskijj.html.
2.
ГОСТ 12.1.023-80. ССБТ. Шум. Методы
установления значений шумовых характеристик стационарных машин.
3.
Зимнухова Ж.Е., Немтинов В.А. О подходе к построению
автоматизированной информационной системы поддержки принятия решений для
проектирования процессов производства изделий из металлов / Информационные технологии. 2008. № 9. С. 29–34.