Аннотация

В работе используется системный подход к исследованию технологий послойного синтеза (ТПС) называемых за рубежом RPM (Rapid Prototyping and Manufacturing) для изготовления деталей сложной формы. Разработанная методика и система поддержки принятия решений (СППР) позволяет выбрать тот или иной процесс ТПС для производства изделий в конкретной технико-экономической ситуации.

Abstract

A system approach to the research of Rapid Prototyping and Manufacturing (PRM) technology is employed in work to manufacture complex components. The methods and decision support system (DSS) developed provide an opportunity to chose this or that RPM technology in order to manufacture components in specific economic and technical circumstances.

Введение

В последнее десятилетие получили развитие 3D-технологии послойного синтеза трехмерных объектов (3D-ТПС), которые все чаше находят применение в авиационной промышленности при создании летательных аппаратов (ЛА). В зарубежных публикациях 3D-ТПС получили название: Rapid Prototyping and Manufacturing (RPM) - «технологий быстрого прототипирования и производства».

При создании новых изделий, а также при переоснащении автоматизированных технологических комплексов (АТК) для разработки авиационной техники с использованием 3D-ТПС инженеры-конструкторы и технологи авиационной промышленности должны принимать решения, которые оказывают существенное влияние на качество, общее время изготовления и стоимость изделий, и в целом – на эффективность выполнения проектов создания новой техники. При этом лица принимающие решения (ЛПР) должны иметь четкое представление о технологических возможностях и параметрах технологических модулей ТПС, которые в конкретной производственной ситуации целесообразно использовать для решения задачи создания новых изделий, начиная с демонстрационных и функциональных прототипов.

Отсутствие формализованных аналитических методик и информационных систем поддержки принятия решений - СППР не позволяет ЛПР принимать оптимальные решения. Задача выбора технологических модулей послойного синтеза (ТПС) на этапе проектирования, разработки и опытного производства при создании объектов новой техники в авиастроении и машиностроении в целом является сложной, слабоструктурированной проблемой, для решения которой использованы методы системного анализа и разработано специальное программное обеспечение (СПО).

1. Методика выбора ТПС модуля

При выборе ТПС-модуля для выполнения проекта создания нового изделия авиационной техники необходимо учитывать множество факторов: конструкторские, технологические и эксплуатационные характеристики изделия, особенности обработки материалов, временные и материальные издержки технологического процесса, и др.

Выбор наилучшей ТПС в конкретной технико-экономической ситуации сводится к задаче многокритериального выбора (многокритериальной оптимизации).

Задача сводится к выбору определенного набора элементов (решением задачи может быть несколько ТПС модулей) из множества однотипных элементов, обладающих близкими характеристиками, которые представляются в виде вектора значений параметров ТПС, т.е. к задаче многокритериального выбора. Решение задачи выбора наилучшей ТПС состоит из двух этапов.

рис. 1 Формирование множества допустимых решений

Первый этап (рис. 1) состоит в формировании множества допустимых решений, на основании ограничений сформированных ЛПР и проведения вычислительного эксперимента [1], предназначенного для получения значений характеристик перспективной технологии выполнения проекта каждым модулем из множества допустимых решений [2].

рис. 2 Поиск наилучшего решения

Затем из множества допустимых решений формируется множество несравнимых по Парето решений [3]. Если не удаётся сразу определить наилучшее решение, применяется метод главного критерия [4]. На основании экспертной оценки было выяснено, что ЛПР готов пожертвовать единицей машинного времени изготовления изделия ради снижения затрат изготовления на единицу стоимости. Затем снова формируется множество несравнимых по Парето решений. Далее применяется метод целевого программирования и вводится метрика в двумерном пространстве; здесь за наилучшее решение принимается то, которое наиболее приближено к идеальному, а идеальное вычисляется по формуле представленной на рис. 2 (этап 5) и обозначается .

Разработанная методика позволяет выбрать близкий к оптимальному процесс ТПС для производства изделий в конкретной технико-экономической ситуации.

2. Система поддержки принятия решений по выбору ТПС- модуля

Система поддержки принятия решений - СППР по выбору ТПС предназначена для решения задачи выбора технологического модуля, в конкретной производственной ситуации с учетом конструкторских, технологических и эксплуатационных требований к изготавливаемым изделиям.

В СППР для обеспечения возможности её развития и актуальности, получаемых с её помощью решений предусмотрены механизмы сбора, хранения, классификации, корректировки данных о существующих моделях RPM. СППР предоставляет собой SaaS-решение на базе СПО для выбора модуля ТПС, а также возможность решить оптимизационную задачу, после ввода данных на основе разработанных групп классифицируемых значений параметров изделия и применяемого оборудования ТПС.

рис. 3 Структурная схема СППР DSS VRPM

В СППР используются разработанный классификатор понятий предметной области ТПС (механизмы и принципы группировки условно постоянных значений), с помощью которых выполняется классификация данных о ТПС модулях. Выделенные классификационные значения позволяют однозначно характеризовать существующее оборудование, представленное в системе. На основании анализа предметной области выделены следующие группы условно постоянных значений:

1. выходной продукт – описан в словаре назначений изделий получаемых при использовании ТПС-модулей;

2. технология – описана в словаре технологий послойного синтеза (SLS, SLA, FDM…);

3. основные потребители – представлены в словаре основных потребителей продукции модулей ТПС;

4. тип изделий – словарь описания получаемых изделий при использовании ТПС;

5. параметры технологического процесса ТПС - высота слоя, размеры фокусного пятна, скорость движения луча лазера и др.;

6. Фазовое состояние исходного материала – представлено в словаре исходных состояний материалов в процессах ТПС.

Структурная схема на рис. 3 показывает взаимодействие подсистем СППР; жирными стрелками здесь отмечен путь выработки рекомендаций в процессе принятия решений.

Заключение

Разработанная система поддержки принятия решений для задачи выбора модулей ТПС в конкретной производственной ситуации с учетом конструкторских, технологических и эксплуатационных требований к изготавливаемым изделиям позволит обоснованно влиять на результаты выполнения проектов создания новых изделий в авиастроении, машино- и приборостроении (обеспечит повышение качества и ускорение процессов, снижение издержек производства), а также повысит эффективность работы технологического комплекса как системы в целом: благодаря расширению функций технологического комплекса, вариантов его применения, ускорению и снижению стоимости процессов создания новых изделий.

Литература

1. Смирнов О.И. Имитационное моделирование технологий послойного синтеза в машиностроении. Труды МАИ 2010, выпуск 37, 22 с.

2. Смирнов О.И., Скородумов С.В. Моделирование технологии послойного синтеза при разработке изделий сложной формы. Статья размещена на сайте http://econf.rae.ru/article/4971 7 страниц, опубликована в журнале "Современные наукоемкие технологии" №4, 2010. С. 83-87.

3. Чернорутский И.Г. Методы оптимизации в теории принятия решения. – СПБ.: ЗАО «Питер», 2004. 46-70.

4. Ногин В.Д. Принятие решений при многих критериях. – СПБ. Издательство «ЮТАС», 2007. 51-101.