Онтологическая поддержка технологической подготовки производства трубопроводов летательного аппарата

В настоящее время для разработки сложных изделий, таких как летательный аппарат (ЛА) , и в процессе технологической подготовки производства (ТПП) для проектирования технологического оснащения широко используются различные САПР (Siemens NX, Catia, Creo, SolidWorks, Solid Edge и т. д.) для материализации творческой деятельности инженерного персонала предприятия в виде твердотельных математических моделей деталей и сборок, которые, в дальнейшем изготавливаются в цехах основного производства и производства ТО .

ются на основе личного опыта и знаний инженерных специалистов и различных нормативных документов, в которых отражаются удачные технические решения и накопленный опыт. Опыт предприятия является ценным ресурсом, который требуется сохранять, развивать и передавать в наиболее удобной форме для специалистов предприятия. Система накопления опыта в виде нормативной документации имеет ряд существенных недостатков для повышения эффективности творческой деятельности:

. Медленное аккумулирование опыта по причине долгого процесса согласования нормативной документации, введения ее в производство и возможной потери актуальности информации из-за быстрого развития технологий и технологического оборудования;

. Долгий поиск требуемого решения из-за отсутствия эффективной системы поиска, т. к. каждый документ представляет собой отдельные единицы опыта и инженеру нужно большое количество времени для изучения всей необходимой нормативной документации и развития навыка эффективного поиска;

. Отсутствие прямой связи между нормативной документации и базами технических решений в виде твердотельных моделей и управляющих программ (УП) .

Для уменьшения негативных влияний от выше перечисленных недостатков предлагается использовать подход, основанный на концептуально-алгоритмическом моделировании и программирование принимаемых решений и накоплении опыта в инструментально-моде-лирующей среде WIQA (Working In Questions and Answers) , разработанной для поддержки концептуальных этапов процессов профессиональной деятельности [9].

Далее рассмотрим традиционный способ изготовления трубопроводов на этапе ТПП на примере одного из крупнейших российских авиационных предприятий - АО «Авиастар-СП» с выделением этапов, на которых возможна эффективная онтологическая поддержка принятия технических решений инженерным персоналом.

ТРАДИЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Так как АО «Авиастар-СП» не является разработчиком ЛА , то производство трубопроводов начинается с получения конструкторской документации от предприятий разработчиков и запуска чертежей или электронной конструкторской документации (ЭКД) отделом систем, входящим в состав управления главного конструктора (УГК) . В процессе запуска, инженерным персоналом производиться проверка КД на ошибки и первичная отработка на технологичность. ЭКД загружается в базу данных предприятия, в данном случае это база данных электронного определения изделия (БД ЭОИ) .

Далее к ЭКД получает доступ управление главного технолога (УГТ) для технологической проработки. В отраслевых отделах УГТ разрабатываются технологические процессы (ТП) , пишутся управляющие программы (УП) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ) для изготовления деталей, проектируется специальное технологическое оснащение (СТО) и производится загрузка электронной модели (ЭМ) СТО в БД ЭОИ .

Далее агрегатно-сборочное производство (АСП) и производство окончательной сборки (ПОС) производят анализ ЭКД и ТП , формируя сборочно-технологические комплекты (СТК) . После чего на основании СТК планово-диспетчерское управление (ПДУ) формирует группы опережения (ГО) и планы производства в цеха-изготовители макетов, изготовителей СТО , деталей трубопроводов, сварки.

Этап изготовления СТО , чаще всего, включает в себя создание макета трубопровода, предназначенный для изготовления и контроля СТО , а так же для контроля сборочной единицы трубопровода.

После получении плана макетный цех производства технологической оснастки (ПТО) открывает в БД ЭОИ ЭКД , технические условия (ТУ) , ТП и изготавливает макеты трубопроводов. Затем макеты трубопроводов отрабатывается на первой серийной машине и передается на склад макетов (СМ) [10, 11].

Цех-изготовитель СТО получает от ПДУ план на изготовление технологического оснащения, выгружает ЭКД , ТУ , ТП , УП из БД ЭОИ , забирает с СМ макет трубопровода и изготавливает СТО для изготовления деталей трубопроводов и СТО для сварки трубопроводов. Затем СТО передается на склад оснастки (СО) .

Далее цех-изготовитель деталей трубопроводов получает от ПДУ план, открывает в БД ЭОИ ЭКД , ТУ , ТП , УП , забирает из СО СТО и изготавливает детали трубопроводов [12]. Изготовленные детали трубопроводов отправляются в промежуточный склад (ПРОСК) .

Участок сварки, получив от ПДУ план на изготовление подсборок трубопроводов, выгружает из БД ЭОИ ЭКД , ТУ , ТП , забирает из ПРОСК детали трубопроводов и производит сварку трубопроводов. Затем изготовленные трубопроводы отправляются на центральный комплектовочный склад (ЦКС) .

Затем АСП и ПОС получают из ПДУ план на изготовление агрегатов и воздушных судов выгружают из БД ЭОИ ЭКД , ТУ , ТП , забирают с ЦКСа трубопроводы и производят их монтаж на агрегаты ЛА [12].

Выделим этапы ЖЦ, на которых принимаются основные технические решения и возможна эффективная онтологическая поддержка.

Первый этап – это разработка ТП сборки. В ТП инженер-технолог выбирает способ сварки, порядок сборки деталей, места фиксации, технологические припуски и т. п. При необходимости СТО открывается ведомость подготовки производства (ВПП) и разрабатывается ТЗ на ТО .

Следующим важным этапом является разработка ТЗ . Выбирается состояние поставки деталей, точность изготовления ТО , порядок сборки, базы фиксации сборочной единицы, способы крепления инструмента и прочие требования.

Использование онтологии, так же, может быть полезно на этапах изготовления СТО, сборки и контроля трубопровода в связи тем, что на данных этапах используется большое количество профессиональных понятий и неточная трактовка понятий может привести к браку изделия.

Частичный ЖЦ трубопровода с выделенными стадиями на которых возможна эффективная онтологическая поддержка представлен на рис. 1.

Рис. 1. Диаграмма онтологического сопровождения ЖЦ трубопровода при использовании СТО

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ С ПОМОЩЬЮ РОБОТИЗИРОВАННОГО

СВАРОЧНОГО КОМПЛЕКСА (РСК)

Ранее было предложено использование роботизированного сварочного комплекса (РСК) для снижения затрат на ТО и уменьшения цикла ТПП [3].

Этапы запуска и технологической проработки КД при использовании РСК аналогичны традиционному способу изготовления трубопроводов.

Основное отличие проявляется на стадии разработки ТП , формирования ТЗ на УП и разработки УП , т. к. здесь не требуется разработка СТО , а нужно использовать имеющийся РСК и учитывать его возможности.

Как было отмечено выше, БД ЭОИ служит для сохранения всей КД , полученной от разработчика ЛА . Для более эффективной поддержки принятия технических решений полезным будет использование надстройки над БД предприятия в виде системы накопления профессионального опыта на основе онтологии [7, 13, 14].

В существующих информационных системах для накопления опыта проектных решений в их состав принято включать онтологию профессиональной области [6, 9]. На настоящий момент времени наиболее распространенными редакторами онтологий являются: Ontolingua, DOE, OntoEdit, WebOnto, ODE, Magenta, Protege [1]. Одним из самых существенных недостатков существующих редакторов онтологий является отсутствие выхода на материализацию. Такое ограничение отсутствует в онтологиях, которые можно создавать в инструментально-моделирующей среде WIQA [9].

В основе этого инструментария лежит прецедентный подход, предполагающий отображе- ние операционной среды проектирования на семантическую память. Механизмы отображений разработаны для декларативных и императивных составляющих процесса концептуального проектирования. Для представления концептуально-алгоритмических решений разработан специализированный псевдокодовый язык, надстроенный над семантической памятью вопросно-ответного типа и ориентированный на моделирование прецедентов (деятельностных единиц повторного использования) [8, 9].

Далее выделим и рассмотрим 3 основные области онтологической поддержки творческого процесса инженерного персонала предприятия на стадии ТПП :

• 1.    Поддержка документирования

• 2.    Поддержка проектирования СТО

• 3.    Поддержка разработки УП

ПОДДЕРЖКА ДОКУМЕНТИРОВАНИЯ

На этапах разработки ТП и ТЗ полезным будет применение концептуального экспериментирования для отработки выбранных вариантов технических решений и получения новых с помощью проведения концептуального экспериментирования [2, 4].

Концептуальный эксперимент – это мысленный эксперимент, содержание и процесс которого оперативно отображается на семантическую память, а результаты отображения используются по ходу экспериментирования с полезными целями.

Как было отмечено выше, материализацией принятых решений инженера-технолога являются ТП сборки и техническое задание (ТЗ) на проектирование СТО или на разработку УП для РСК .

Рис. 2. Диаграмма онтологического сопровождения ЖЦ трубопровода при использовании РСК

Более подробно процесс формирования ТП описан в статье [4].

Рассмотрим подробнее форму ТЗ на проектирование СТО . Она содержит название и номер ТЗ , кода цеха, код изделия, номер ВПП , фамилии участников процесса (разработчик, проверяющий, утверждающий и т. д.), а так же основные графы, в которых отражается материализация требований к проектируемому СТО .

Основные графы документа:

Графа 1 - Обозначение чертежа обрабатываемой летали или перечень сборочных единиц (агрегатов, деталей), материал и его термообработка;

Графа 2 – Состояние поставки обрабатываемой детали, сборочной единицы, агрегата. (Перечислить, по каким операциям деталь обработана, отклонение размеров чертежа);

Графа 3 - Указать, что предполагается обрабатывать или какие размеры чертежа обеспечить при сборке сборочной единицы, агрегата. (Указать точность изготовления или контроля поверхности);

Графа 4 - Указать на каком оборудовании и каким инструментом или по какой оснастке предполагается выполнить данную операцию, режимы резания. (Для сборочной оснастки краткий технологический процесс);

Графа 5 - Базы фиксации сборочной единицы или деталей, способ крепления инструмента;

Графа 6 - Технические требования к конструкции оснастки или инструмента. (Указать для инструмента материал режущей части).

Алгоритм поддержки разработки ТЗ и его форма представлены на рис. 4.

Как было отмечено выше исходными данными для разработки ТЗ на проектирование являются геометрия деталей сборки части трубопровода для которого требуется СТО , ТП сборки и атрибутной части.

Графа название заполняется инженером-технологом вручную.

Графы номер ТЗ и номер ВПП заполняются автоматически с использованием сквозной нумерации для всего предприятия, препятствующей возникновению дублирующих номеров.

Графа код цеха заполняется в вопросно-ответном режиме, исходя из анализа ТП .

Графа код изделия заполняется из атрибутов сборочной единицы трубопровода.

Далее система на основе базы опыта предлагает инженеру-технологу варианты решений на основании анализа сборки и деталей трубопровода в виде диалога в вопросно-ответной форме. Выбранные варианты решений проходят проверку в виде концептуально-алгоритмического программирования и моделирования, проходят семантическую проверку и отражаются в графах 1-6.

Сформированное ТЗ загружается в БД для повторного использования и проверки выбранных решений после изготовления опытного образца и, в случае необходимости, производиться корректировка ТЗ с последующей доработкой или выпуском СТО . Накопление профессионального опыта технических решений позволит уменьшить количество доработок СТО и сократить количество случаев, в которых необходим полный перезапуск проектирования и изготовления ТО .

Рис. 3. Процесс формирования ТЗ на проектирование СТО в WIQA

Процесс формирования ТЗ ({TZ}) можно кратко записать в виде:

G ( Assembly Sy ) A ( { ND } ) A ( {TF} ) —U ( {TZ } ) ,(1) где G(Assembly^Sys) – геометрия сборки трубопровода, на которую разрабатывается ТЗ, которая состоит из отдельных деталей (фрагментов) (Elem^Sys)

G ( Elem Sy , i = 1... n ) — —• G ( Assembly Sy ) ,(2)

({ND}) – используемая нормативная документация ( ГОСТ, ОСТ, СТП и т. д.),

({TP}) – ТП на данный трубопровод.

После изготовления и контроля опытного образца сборки трубопровода производится оценка принятых решений и формируется рейтинг успешности для каждого решения. Последующие решения, которые система будет предлагать инженеру-технологу, будут основаны на рейтинге успешности.

Оценка успешности – это многокритериальная величина, состоящая из основных параметров, таких как точность сборки, трудоемкость и удобство использования СТО .

ТЗ на разработку УП формируется по аналогичному алгоритму ({UP}) .

G ( Assembly Sys ) A ( { ND } ) A ( { TP } ) — U( { UP } ) ,(3)