Онтологии проектирования шаблонной оснастки в авиационном производстве

За последние семьдесят лет развития отечественной авиационной отрасли в области технологической подготовки производства (ТПП) предприятий-изготовителей воздушных судов накопился немалый запас знаний в части проектирования и изготовления технологической оснастки (ТО), служащей для изготовления различной номенклатуры деталей.

В процессе ТПП новых изделий трудоёмкость проектирования и изготовления ТО (шаблоны, форм-блоки, контрольно-доводочные плазы, штампы и т.д.) может доходить в среднем до 50% от общей стоимости одного или нескольких образцов изделия.

Учитывая важность ТО для подготовки производства новых наукоёмких изделий, на отечественных авиационных предприятиях к знаниям и опыту относятся как к исключительно полезным ресурсам. Большая часть информации, вложенной в такие ресурсы, представлена в виде электронных моделей деталей (ЭМД), электронных чертежей, технологических процессов, а также текстах различных регламентов, стандартов предприятия, технологических инструкций, ГОСТ, ОСТ и т.п.

Всё это аккумулировалось в течение долгого времени, прошло апробацию и согласование на практике. Как следствие, для подобных больших объёмов разнородных инженерных знаний возникает потребность в переработке для подтверждения необходимости использования одних и отказа от других знаний, оказавшихся устаревшими. При этом естественно использовать известные методы систематизации и классификации, переработки и сохранения, а также принципы повторного использования.

В тоже время, проектирование ТО - это творческий процесс, состоящий из набора событий и связанных с ним состояний и действий пользователя. В рамках этих событий происходит логическое развитие конструкции от технического задания или условий поставки, до готового решения в виде электронной модели оснастки и далее вплоть до изготовления ТО «в металле» [1]. Здесь также следует отметить тот факт, что для изготовления одной детали требуется несколько единиц ТО, обслуживающих различные этапы жизненного цикла конструкций. Важно и то, что перенос знаний в компьютерную среду, как правило, изменяет характер деятельности лиц, вовлечённых в процесс проектирования, по сравнению с профессиональной активностью в рамках твердотельных систем автоматизированного проектирования (САПР), так как компьютеризованные знания оказываются необходимыми и используются в различных и разнообразных «точках» производственного процесса.

В статье с ориентацией на проектирование шаблонной оснастки авиационных деталей предлагается унифицированная версия систематизации знаний, в основу которых положена онтология проектирования, реализованная в инструментальной моделирующей среде WIQA (Working In Questions and Answers) [2]. К специфике этого инструментария относится возможность нормативного отображения освоенного опыта проектирования на специализированную семантическую память. В число этих норм включены унифицированные модели понятий и модели прецедентов (деятельностных единиц повторного использования), что определило решение применить онтологическую систематизацию для интеграции знаний.

Предлагаемая версия онтологической систематизации доведена до практического применения как на этапах формирования и развития онтологии, так и на этапах использования шаблонов в изготовлении деталей, их контроле и взаимоувязке, причём в контексте сокращения времени и повышения качества проектирования ТО на основе повторного использования накопленных знаний и опыта.

1    Онтология как средство поддержки процессов проектирования

Реальность такова, что на современных российских машиностроительных предприятиях онтологические формы представления опыта и знаний практически не применяются, однако анализ ряда работ отечественных учёных в этом направлении говорит о положительной динамике интеграции прикладных онтологий как в производственный цикл изделий, так и в информационные системы предприятий. Одним из основных факторов, способствующих продвижению этой области, является то обстоятельство, что на предприятиях авиационной отрасли имеется острая нехватка инженеров среднего возраста. Возрастной разрыв специалистов инженерно-технического состава составляет от двадцати до двадцати пяти лет, и в тоже время старшее поколение покидает стены завода, унося колоссальный запас опыта и знаний с собой. Следует отметить, что особо опасна потеря опыта проектирования.

Другим принципиальным фактором внедрения онтологий в производственные процессы является их расширяющаяся информатизация, которая требует особого контроля интеграции этих процессов в единое и согласованное целое. На более детальных уровнях онтологическое сопровождение способствует повышению степени автоматизации действий специалистов в их коллективной и персональной деятельности, особенно там, где профессиональная дея- тельность носит творческий характер. В первую очередь это относится к рабочим местам специалистов, которые вовлечены в проектную деятельность, для концептуальной систематизации которой оказываются полезными онтологии проектирования.

Под онтологией проектирования понимается формализованное описание знаний субъектов проектирования о процессе проектирования новых или модернизаций уже известных артефактов , включая знания о самом объекте проектирования и близких к нему по свойствам артефактов, а также тезаурус предметной области [3] (рисунок 1).

Субъект проектирования

(новые, модернизированные)

Рисунок 1 – Представление структурной схемы онтологии проектирования

Как видно из рисунка 1, онтология проектирования позволяет шире и детальнее представить процесс проектирования (в рассматриваемом случае шаблонной оснастки), оперируя понятиями и знаниями предметной области. Она позволяет не только сохранять и аккумулировать опыт, но также и экспериментировать с моделями шаблонов, создавая принципиально новые проектные решения и оценивать их «удачность» и «рациональность» применительно к производственным технологическим процессам. В качестве примера на рисунке 2 представлен вариант нового проектного решения, полученного в ходе экспериментов с проектной онтологией, рабочее название которому можно дать как комбинированный шаблон или комбинированный шаблон обрезки и кондуктор (ШОК) . Следует отметить, что согласно [4] каждый тип шаблона независим сам по себе и их позиционирование друг относительно друга осуществляется либо по технологическим рискам, либо по базовым отверстиям (БО). Минусами такого подхода является то, что если проектировщиком будет допущена ошибка хотя бы в 2 мм, конечная деталь может получиться бракованной, а в случае, представленном на рисунке 2, введены дополнительные конструктивные элементы – шпильки, фиксирующиеся посредством шпилечных отверстий (ШО). В этом случае достигается достаточное базирование между ШОК (верхний), который контролирует выштамповку детали, и ШОК (нижний), служащим для контроля нижнего контура и его обрезки по шаблону.

Достоинством онтологического подхода является то, что ранние этапы проектирования осуществляются с активным применением естественно-профессионального языка, включа- ющего специализированные термины, способствующие унификации понимания в порождаемых текстах и используемых рассуждениях.

Рисунок 2 – Пример нового проектного решения «Комбинированный шаблон обрезки и кондуктор»

2    Применение проектной онтологии к жизненному циклу шаблоновв условиях авиационного предприятия

Несмотря на то, что на данный момент использование плазов в машиностроительном производстве практически сведено к нулю, а ЭМД используется как первоисточник информации для получения моделей и электронных документов системы бесплазовой подготовки производства, значительную часть шаблонов всё равно придётся делать (бесплазовое — не значит бесшаблонное), поскольку изготовление и контроль элементов конструкции на первых порах осуществляется по традиционной технологии. Отказ от шаблонов возможен только после переоснащения всех этапов производства (включая сборку) новым поколением программно-управляемого оборудования [5]. Более того, изготовление части деталей, особенно профилей жёсткости, стрингеров, лонжеронов, (составляющей до 40% номенклатуры изделий) экономически целесообразнее делать по традиционной технологии, нежели на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

Поэтому на сегодняшний день в авиастроительном производстве для изготовления, контроля и сборки деталей фюзеляжа, крыльев и элерона, включая детали их обшивки, широко используется шаблонное оснащение, в состав которого входят десятки тысяч шаблонов разной степени сложности и назначения. Этот факт обусловлен такими особенностями деталей названного класса, как сложность их геометрических форм, малая жёсткость, большие габариты, высокие требования точности изготовления и точности сопряжения. Кроме того, для увязки деталей, входящих в каждое плоское сечение конструкции самолёта, необходима система жёстких носителей, фиксирующих контуры внутренних деталей, входящих в состав данного сечения. Например, большие по величине детали приходится увязывать на листовых металлических контрольно-контурных шаблонах (ККШ). Отмеченные особенности неявно и обобщенно отражены на рисунке 3, на котором приведён и обозначен ряд шаблонов.

Исходя из сказанного, можно считать, что шаблон является не только носителем геометрии и формы детали, но также включает конструктивные и технологические базы, контуры и оси внутренних деталей, попавших в данное сечение, различные конструктивные и технологические отверстия. Кроме того на шаблоны наносятся различная надписи: название шаблона, шифр и номер чертежа изделия, марка и толщина материала и др.

Рисунок 3 – Схема взаимосвязей деталей и шаблонов на примере Ил-76МД-90А

Геометрия любого конфигурируемого шаблона сложнее геометрии детали, для работы с которой он создан. Выбор и реализация той части структуры шаблона, которая дополняет включённую в шаблон форму (и размеры) определённого сечения детали, выводит на ряд проектных задач, допускающих альтернативные решения, причём на разных этапах жизненных циклов деталей и соответствующих им шаблонов. Такую особенность учитывает совокупность представленных средств структурного проектирования шаблонов. Схема комплек-сирования таких средств (в контексте жизненного цикла шаблона) приведена на рисунке 4.

При переходе к производству нового самолета шаблонную оснастку приходится создавать заново, используя освоенные шаблоны, модифицируя их, и разрабатывая новые. Такое положение дел указывает на целесообразность включения экспериментов (не с шаблонами, а с их моделями) в жизненный цикл проектирования шаблонов.

Для обеспечения онтологической поддержки процесса, любой шаблон представляется моделью прецедентного типа, в которой нормативно накапливается и интегрируется в единое целое то, что в проектировании шаблона будет полезным и удобным для повторного использования такой модели. Центральное место в ней занимает нормативная структура, составляющие которой заполняются предметным образом, а информационное содержание извлекается и оперативно используется в процессе проектирования соответствующего шаблона [6]. Для рационализации жизненного цикла шаблона действия по проектированию шаблона должны осуществляться в соответствии со стандартом [4]. Отличие лишь в том, что все эти действия выполняются под управлением (псевдокодовых) программ действий проектировщика в среде WIQA, причём отображения детали и исходной версии шаблона исполняют роль входных данных для осуществления действий непосредственно в моделирующей среде.

• 2.1    Обзор редакторов онтологий

Онтологии как форма представления знаний используются в программировании. Наиболее широкое применение они нашли в построении семантической паутины, системах искусственного интеллекта, экспертных системах (в частности, медицинских) и прочих областях, где знаниями оперируют в близких онтологиям формате.

Количество общедоступных редакторов онтологий уже давно превысило 100. Широко используются, например, редакторы онтологий: Ontolingua, Protege, Magenta, OntoSaurus, OntoEdit, WebODE и др. (рисунок 5) [3].

Рисунок 5 – Примеры редакторов онтологий

Большинству используемых в настоящее время редакторов онтологий присущи схожие недостатки, возникшие из-за стремления разработчиков к обеспечению кроссплатформенно-сти своих приложений - с помощью использования соответствующих языков программирования, подобным языку Java, либо с помощью исполнения приложений в виде веб-сервисов и надстроек к уже существующим интегрированным средам разработки, таким как Eclipse [7].

Среди таких недостатков, в первую очередь, выделим следующие:

• ■    отсутствие контекстной помощи в руководствах пользователя;

• ■    отсутствие русифицированных руководств и интерфейсов онторедакторов;

• ■    сложность процесса разработки в условиях обеспечения кроссплатформенности.

• 2.2    Отображение процесса проектирования на семантическую память

В целях устранения отмеченных недостатков в состав моделирующей среды WIQA включены онтологические средства, которые позволили существенно расширить потенциал онтологической систематизации и средства представления аксиоматики, дополнив её типовыми моделями прецедентов.

В соответствии с исходными установками предлагаемого подхода, созданная «онтология проектирования» предназначена для систематизации моделей шаблонов, которые разработаны и используются в производстве авиационных деталей [8].

В спецификациях «онтологии» и её материализации принципиальное место занимает вопросно-ответная память (QA-память) инструментария WIQA, обобщённо представленная на рисунке 6.

Рисунок 6 – Отображение процесса проектирования шаблонов на семантическую память моделирующей среды WIQA

QA-память – это подсистема инструментария WIQA, предназначенная для семантическо- го моделирования составляющих процесса проектирования в решении задач. Конкретная во- просно-ответная модель (QA-модель) объекта загружается в ячейки QA-памяти, каждая из которых используется для хранения спецификации или совокупности спецификаций объекта моделирования. Типовая ячейка памяти приведена на рисунке 7 [8].

MS SQL Server Express Edition

Интерактивный объект

Ячейка

Базовые атрибуты

Дополнительные атрибуты{ааД

Прикреплённые файлы {Д;

Прикреплённые рисунки {р^} Ссылки {rj

Рисунок 7 – Структура ячейки QA-памяти моделирующей среды WIQA

В число базовых атрибутов ячейки QA-памяти включены: уникальное имя модели (тип и индекс, приписываемый автоматически), например Q1.1.2, способное выполнять роль адреса ячейки; идентификатор создателя модели, то есть имя I; знаковая модель Q или А, в форме символьной строки; момент времени создания или модификации; имя проекта и другие атрибуты. Версия ячейки QA-памяти, адаптированная к регистрации составляющих онтологии, приведена на рисунке 8 [8].

Объекты материализации

Информационные источники

Рисунок 8 – Версия ячейки QA-памяти

Понятие

С учётом структуры и семантики ячеек памяти и их настройки на онтологию предметной области проектирования шаблонов реализована и модель прецедента, схема которого приведена на рисунке 9.

Рисунок 9 – Модель прецедента

Модель конкретного прецедента P k включает: текстовую составляющую P^T k , в виде постановки задачи; логическую составляющую P^L k , формула которой представлена на рисунке 9; вопросно-ответную модель P^QA k задачи Z k ; графическое представление прецедента P^G k ; исходный псевдокод P^I k и исполняемый код P^E k .

Нормативная модель прецедента построена таким образом, чтобы она раскрывала концептуальное содержание задачи и представляла её концептуальное решение (псевдокод ре- шения). По этой причине в модели принципиальное место занимают конструкции на естественно-профессиональном языке LP предметной области {Zk}. Основными из этих конструкций являются текст Tk постановки задачи PTk и предложения {nik} в модели PQAk, регистрирующей вопросно-ответный анализ этой задачи, в результате которого на все важные вопросы по её решению получены ответы, достаточные для построения логической схемы PLk и концептуально-алгоритмического решения Pk [9].

3 Разработка классификатора шаблонной оснастки

• 3.1    Исходные предпосылки

На текущий момент времени одним из узких мест в обеспечении проектирования и изготовления шаблонной оснастки является нормативно-техническая и организационная документация - стандарты предприятия, инструкции, положения, директивы и т.п., - основными недостатками которой можно считать:

• ■    моральное устаревание (большинство документов имеют редакцию времен СССР);

• ■    наличие в стандартах видов оснастки, которая не используется;

• ■    отсутствие адаптации под современные средства информационных технологий;

• ■    отсутствие классификации шаблонов по подтипам (имеется только общий, поверхностный классификатор видов шаблонов);

• ■    отсутствие классификации элементов шаблонной оснастки.

• 3.2    Цели разработки классификатора и решение задач ТПП

Поэтому в ходе проектирования электронной модели шаблона возникают ситуации, когда один и тот же шаблон на одну и ту же деталь может иметь несколько вариантов исполнения. На рисунке 10 представлены возможные вариации исполнения шаблонов ШОК и ШКС на уголковый профиль с отверстиями под заклепки.

Рисунок 10 - Возможные вариации исполнения шаблонов к детали

Следует отметить, что все вариации исполнения шаблона на представленную деталь приемлемы, однако не все они удачны с точки зрения эксплуатации, металлоёмкости и трудоём- кости исполнения. Например, когда одна полка детали имеет простой контур и не имеет отверстий, то целесообразно с целью экономии металла и машинного времени станка с ЧПУ на котором изготавливается шаблон, дать её в виде технологического эскиза на добавке. Аналогично поступают и с перемычками на шаблоне, когда контур рабочей полки прост и нет необходимости в дополнительных смотровых окнах, то добавок «вливается» в зону рабочей полки шаблона.

Основываясь на изложенных положениях, не нашедших своё отражение ни в стандартах, ни в технологических инструкциях, разработан технологический классификатор шаблонной оснастки на основе существующего классификатора, описанного в [4].

Классификатор исполняет роль информационной основы для разработки комплекса программ автоматизированного проектирования шаблонной и объёмной технологической оснастки в авиационной промышленности [10, 11]. Его использование нацелено на:

• ■    создание единого информационного языка для автоматизированных систем проектирования и тематического поиска изделий и конструкторско-технологических документов, предотвращая разработку аналогичных ;

• ■    определение объектов, процессов и направлений унификации и стандартизации; использование различными предприятиями и организациями электронной конструкторско-технологической документации, разработанной другими предприятиями, без её переоформления, при проектировании, производстве, эксплуатации и ремонте;

• ■    повышения уровня автоматизации проектно-конструкторских работ;

• ■    применение кодов оснастки по классификатору технологической оснастки как опережающей информации при решении задач ТПП;

Применение классификатора в условиях ТПП создаёт предпосылки для решения следующих задач:

• ■    анализ номенклатуры плоской шаблонной и объёмной оснастки по их конструкторско-технологическим признакам;

• ■    группирование оснастки по конструкторско-технологическому подобию для разработки прикладного программного обеспечения нацеленного на автоматизацию проектных работ в части проектирования электронной документации на оснастку;

• ■    унификация и стандартизация оснастки и процессов её проектирования;

• ■    автоматизация проектирования электронных моделей оснастки и технологических процессов её изготовления.

• 3.3    Раскрытие древа классификатора

Классификатор построен по смешанному методу, основанному на дедуктивном логическом делении классифицируемого множества. Этим методом достигается конкретизация признаков классификации оснастки на каждой последующей ступени классификации [10-12].

Разработка классификатора основана на следующих логических правилах:

• ■    деление множества оснастки на классификационные группировки произведено на каждой ступени классификации по одному и тому же признаку или их сочетанием;

• ■    на каждой ступени классификации исчерпывается объём делимого множества;

• ■    деление множества произведено последовательно, однако имеются пропуски очередной (-ых) ступеней классификации в тех случаях, когда оснастка не имеет признака классификации, удовлетворяющего данной ступени.

Для того чтобы при классификации исчерпывался объём делимого множества, в классификаторе предусмотрена группировка под наименованием «Элементы». Такие группировки, как правило, использованы на последних стадиях классификации.

К группировкам «Элементы» относятся составные, структурированные по конструкторско-технологическим признакам элементы оснастки. В связи с тем, что их наличие или отсутствие обусловлено конкретным типом детали, открывать для них новые группировки нецелесообразно из-за возможного огромного количества вариаций.

Все множество изделий в классификаторе принадлежит к одному суперклассу – «Оснастка». Этот класс считается высшим в иерархии и имеет нулевой уровень классификации. Исходя из того, что суперкласс уникален по своей природе, его обозначение в классификационной составляющей опускается.

Все множество оснастки разделено в классификаторе на следующие группы классов: Рабочая и Контрольная.

Вид

I

Деталь из уголкового профиля

Деталь из таврового профиля

Деталь из двутаврового профиля

Деталь из Z-образного профиля

Деталь из швеллера

Подвид

3”

Шаблон с 1 — полкой без отв

Шаблон с 1 полкой без отв.

Шаблон с 1 полкой без отв

Шаблон с 1 палкой без отв.

Шаблон с 1 полкой без отв.

Шаблон с 1 — полкой с отв НО

Шаблон с 1 полкой с отв НО

Шаблон с 1 погжой с отв НО

Шаблон с 1 полкой с отв НО

Шаблон с 1 полкой с отв. НО

Шаблон с I полкой с отв. НО и СО

погжой с отв НО и СО

—шаблон с 1— полкой с отв НО и СО

шаблон о 1 полкой с отв. НО и СО

Шаблоне л ¹ полкой с отв. НО и СО

Шаблон с 2 — полками без отв.

Шаблон с 2 погжами без отв.

Шаблон с 2 полками без отв.

Шаблон с 2 полками без отв.

Шаблон с 2 полками без отв

Шаблон л 2 погжами с отв. НО

полками с отв НО

Шаблон г. 2 ¹ попками с отв.

НО.

—шаблон с 2 полками с отв.

НО

шаблон о 2 полками с отв. НО.

Шаблон с 2 полками с отв.

НОиСО

Шаблон с 2 полками с отв.

НО и СО

шаблон С 2 полками с отв НО и СО

—ШЗбПВМТТ^- полками с отв НО и СО

¹ Шаблон е 2 ¹ попками с отв НО и СО

шаблон с з попками с без

Ш3бл»| оз полками с без

шаблон с з полками с без

Шаблон г: з полками с отв.

НО

шаблон с з попками с отв НО

шаблон оз полками с отв НО

। Тип

шаблон с з полками с отв. НО и СО

шаблон г з полками с отв. НО и СО

■ шаблон г 2 " полками с отв НО и СО

Рисунок 11 – Представление нижних уровней классификатора шаблонной оснастки

На первом уровне классификации при формировании классов «Рабочая оснастка» и «Контрольная оснастка» использован функциональный признак. Этот признак даёт представление об оснастке и отличает её от других классов изделий. Наименования, присвоенные классам по этому признаку, непосредственно отражают номенклатуру включённых в них типов оснастки. Наиболее общие признаки, использованные на верхних уровнях классификации, конкретизируются на последующих уровнях. Далее множество изделий классов, опре- делённых по функциональному признаку подразделяется на подклассы, выделяемые по признаку геометрической формы (рисунок 11).

Признак «геометрическая форма» шаблона конкретизируется на последующих уровнях классификации следующим атрибутами: параметрический, конструктивный и наименование оснастки. Каждый подкласс состоит из нескольких групп, каждая группа - из подгрупп, подгруппа включает себя несколько видов, вид - множество подвидов, подвид определён несколькими типами, каждый тип состоит из группы комплексных элементов.

Результаты, полученные в разработке классификатора, послужили исходным информационным контентом, вложенным в представляемую версию онтологии проектирования шаблонов. Кроме того, было принято решение о включении классификатора в состав онтологии как её компонента, который интегрально представляет родовидовую систематизацию с учётом систематизации «часть-целое».

4    Разработка модели онтологии проектирования шаблонной оснастки 4.1    Структуризация онтологии проектирования шаблонов

Для реализации средств и обеспечения поддержки процесса проектирования моделей шаблонной оснастки была построена, проверена и использована концептуальная схема онтологии, которая обобщённо представлена на рисунке 12.

Рисунок 12 – Концептуальная схема онтологии проектирования шаблонной оснастки

В схеме выделены следующие разделы (секции) контролируемых понятий.

• ■    Шаблоны - словарь, включающий в себя изготавливаемые в производстве шаблоны. На основе данных шаблонов формируется углублённый классификатор шаблонной оснастки. В данном словаре имеется возможность не только использовать известные образцы шаблонов, но и создать принципиально новые, не стандартизированные проектные решения.

• ■    Изготовление - в данный словарь включены термины, относящиеся к изготовлению как самих шаблонов, так и деталей, в которых шаблонная оснастка выступает в качестве инструмента изготовления или контроля. Здесь секция «Детали» структурирована по типам полуфабрикатов «Профиль» и «Лист».

• ■    Контроль - словарь, отвечающий за контроль изготавливаемой оснастки.

• ■    Нормативно-техническая документация - секция, в которой собраны технологические инструкции и другие производственные регламенты, отвечающие за то, как изготавливать и как использовать шаблонную оснастку.

• 4.2    Представление шаблона в виде модели прецедента

Раздел «Аксиоматика» включает в себя модели прецедентов шаблонов и их проекции.

В комплексе средств онтологической поддержки предусмотрена «Библиотека файлов», по своей сути являющаяся материализацией прецедентов в необходимой для конечного пользователя форме. Здесь хранятся 3D-модели шаблонов, а также программы, необходимые для их проектирования, изготовления и контроля.

Для реализации прецедентов и их использования в онтологии используются контекстные связи между понятиями по определённым признакам, таким как: часть-целое, наследование, ассоциация и пр. В общем виде связи представлены на рисунке 13.

Рисунок 13 – Представление связей в онтологии проектирования шаблонной оснастки

Для представляемой онтологии принципиален поиск, обслуживающий автоматизированное взаимодействие с её содержимым. Поскольку в среднем для производства одного самолета требуется до 100 тыс. ед. шаблонной оснастки, то актуален вопрос о релевантном поиске среди образцов, зарегистрированных в онтологии. При обращении к поисковой системе пользователь должен иметь возможность получить в ответ ресурсы, релевантные смыслу запроса, и их поиск должен быть семантически ориентированным [13]. Другими словами, в таком поиске важна работа с семантическими описаниями шаблонов, раскрывающими действия и результаты по его созданию, что в конечном итоге выводит на их представления с помощью моделей прецедентов.

Среда WIQA ориентирована на концептуальное моделирование в процессах решения проектных задач, в основу которого положено псевдокодовое программирование активности проектировщиков, что переносится и на программный доступ к составляющим онтологии, включая доступ по ссылкам к концептуальным моделям шаблонов [13].

Для представления каждого шаблона выбрана модель M ( Zj ) задачи Zj его повторного использования проектировщиком, оказавшимся в определенной проблемной ситуации. Первая реакция проектировщика в проблемной ситуации «Обратиться к опыту и попытаться найти в нём подходящий прецедент» [13]. С каждым прецедентом связывают определённое типовое поведение в определённых условиях по образцу поведения, оказавшемуся (многократно) полезным в прошлом.

Независимо от того, что прецеденты разнообразны как по структуре, так и по содержанию, у шаблонов прецедентов существует подобная логика доступа, которая (в общем случае) приводит к логической модели прецедента P^L , представленной на рисунке 14.

[роекте:

ина1

Прецеденты

GRIPUG

Комплекс средств\иоддержки\процесса проектирования

[рецедент Hi ьзовать прецедент Pi прецедента Р:   \ найти готовый* \ Исиол

1ецедент Р|\ ть новый прецедент Pj

■логический классификатор WIQ.

создать новый п \ сохран!

Рисунок 14 – Логическая модель прецедента

Логическая модель прецедента (шаблона) используется для его представления в среде WIQA. Модель привязана к жизненному циклу построения прецедента (шаблона) и его освоения, по ходу чего создаются следующие специализированные модели.

• ■    Текстовая модель P T , представляющая постановку задачи Z ( P i ), в результате решения которой создан образец прецедента (шаблона) как определённый результат интеллектуального освоения реального прецедента. Так, при проектировании шаблона типа ШОК первичным становится его отображение в текстовой модели P^T в форме текстового запроса на проектирование шаблона, доставляющего основные исходные данные, например, «спроектировать шаблон обрезки и кондуктора на Z-образный профиль с тремя рабочими полками и отверстиями, без подсечек, с учётом добавочного материала».

• ■    Логическая модель P , конкретизирующая типовые модели в виде формулы логики предикатов, записанной на языке постановки задач P^T .

• ■    Графическая модель прецедента (шаблона) P G , представляющая его материализацию в различных вариациях (рисунок 15).

• ■    Вопросно-ответная модель прецедента P QA , соответствующая задаче Z ( P i ).

В качестве примера рассмотрим вопросно-ответную модель с учётом разработанной классификации проектирования ШОК, упомянутого выше, для задачи Z ( P i ). Определим список (фрагмент) вопросов и ответов:

Рисунок 15 – Преставление графической модели прецедента

Q1. Какой необходим шаблон?

А1. Шаблон обрезки и кондуктор.

Q2. Шаблон цельный?

А2. Да // Исходя из габаритов детали.

Q3. На деталь из какого профиля?

А3. Z-образный профиль.

Q4. Сколько рабочих полок?

А4. Три рабочие полки.

• ■    Модель P , представляющая вложенное в шаблон (прецедент) поведение в форме исходного кода его программы. Приведём для примера часть исходного кода исполнения задачи Z ( P i ) написанного в вопросно-ответной среде WIQA:

  // Создание первой полки рабочего контура.

DD_CreateLine("Polyline", "ShapeName=PL1", "X=100", "Y="50", "X=100", "Y="100")

DD_CreateLine("Polyline", "ShapeName=PL1", "X=100", "Y="100", X=200", *"Y="100")

DD_CreateLine("Polyline", "ShapeName=PL1", "X=200", "Y="100", "X=200", "Y="50")

DD_CreateLine("Polyline", "ShapeName=PL1", "X=200", "Y="50", "X=100", "Y="50") // Вскрытие отверстий на первой полке рабочего контура.

DD_Create ("Elipse", "ShapeName=SO1", "X=125", "Y="75", "Diametr=8")

DD_Create ("Elipse", "ShapeName=SO2", "X=175", "Y="75", "Diametr=8").

• ■    Модель P , выводящая на исполняемый код программы, реализующей образец шаблона (прецедента);

• ■    Интегральная модель прецедента P S в виде схемы, объединяющей все специализирован-

• ные модели прецедента в единое целое.

С интегральной моделью прецедента, которая представлена на рисунке 16, связывается материальная форма образца прецедента, размещённая в онтологии прецедентов, разработанной в комплексе WIQA.

Рисунок 16 - Интегральная модель прецедента

Отметим, что специализированная модель может быть представлена исходным кодом того языка программирования, который используется при создании программного обеспечения. Однако для расширения возможностей повторного использования моделей типа P целесообразно использование псевдокодового языка L ^WIQA [13].

5    Реализация средств поддержки процесса проектирования шаблоновв WIQA

Центральное место в онтологии проектирования шаблонов, как и в любой другой онтологии, порождаемой в среде WIQA, занимает «Словарь», в структуре которого выделены разделы для представления основных видов шаблонов. Статьи разделов содержат не только определения шаблонов, но также ссылки на модели шаблонов и ключи для поиска по оперативным запросам (рисунок 17).

Среда WIQA ориентирована на концептуальное моделирование в процессах решения проектных задач [12], в основу которого положено псевдокодовое программирование активности проектировщиков [13], что переносится и на программный доступ к составляющим онтологии, включая доступ по ссылкам к концептуальным моделям шаблонов.

Благодаря инструментарию WIQA имеется возможность полного описания необходимой оснастки в онтологии словаря. На основе классифицированного шаблона и его составляющих элементов создаются связи для формализации шаблона по признакам «часть-целое» (т.к. в него входят определяющие его элементы), «наследование» (т.к. в большинстве случаев у шаблона имеется родитель или предок) и заполняются слоты необходимых атрибутов (рисунки 18 и 19).

Отметим, что отношениям можно не только приписать имена, выводящие на их семантику, но и прокомментировать. Такая возможность особо полезна для прагматических отношений, в частности, инструментального типа (связывающего шаблон с инструментами для его обработки или процесс механической обработки со средствами его реализации).

Рисунок 17 – Онтологический словарь в WIQA

Рисунок 18 – Реализация классификатора шаблонной оснастки в WIQA

Рисунок 19 – Реализация определений и материализации в классификаторе шаблонной оснастки

Заключение

В статье представлен подход к созданию онтологии проектирования шаблонной технологической оснастки с помощью инструментария WIQA. Использование средств WIQA обеспечивает моделирование не только имеющихся шаблонов, но и создание новых шаблонов, с возможностью спецификации и аккумуляции их моделей в онтологическом словаре.

Модельное представление шаблонов полезно для их повторного использования в задачах, когда модели приходится адаптировать к изменившимся условиям производства, например, при создании новых образцов авиационной техники. Интерактивная версия классификатора в виде проектной онтологии с программным доступом к её составляющим способствует повышению степени автоматизации проектно-конструкторской деятельности в разработке шаблонной оснастки.

Внедрение средств онтологической поддержки проектирования шаблонной оснастки обеспечивает:

• ■    возможность повторного использования проектных решений;

• ■    материализацию проектных решений как в онтологии, так и в CAD-системе;

• ■    создание под нужды производства принципиально новых проектных решений (прецедентов), не предусмотренных стандартами;

• ■    аккумулирование и передачу опыта по проектным решениям в онтологии;

• ■    быстрое обучение пользователя в процессе работы.