Komputerowy system SWPK do wspomagania procesu koncepcyjnego projektowania chwytaków mechanicznych

Transkrypt

1 AMME th Komputerowy system SWPK do wspomagania procesu koncepcyjnego projektowania chwytaków mechanicznych P. Ociepka, J. wider Katedra Automatyzacji Procesów Technologicznych i Zintegrowanych Systemów Wytwarzania, Politechnika lska w Gliwicach, Polska W artykule zaprezentowano system SWPK bazujcy na wiedzy i dowiadczeniu projektowym do wspomagania koncepcyjnego projektowania maszyn. Jest to system o architekturze hybrydowej, w którym do poszukiwania i generowania rozwiza projektowych zastosowano technik systemów ekspertowych oraz technik CBR. Pokazano jego struktur oraz sposób funkcjonowania. Zaprezentowano take przykład zastosowania opracowanego systemu do wspomagania projektowania chwytaków mechanicznych. Wstp Działania inynierskie, które realizowane s podczas procesu projektowo - konstrukcyjnego mona w rónym stopniu wspomaga komputerowo. Moliwoci te s jednak róne i zale od rodzaju tego procesu (czy jest to projektowanie twórcze czy rutynowe), jego fazy oraz od rodzaju projektowanego wytworu. Wiksze moliwoci wspomagania tego procesu istniej w jego kocowych fazach, szczególnie podczas realizowania zada rutynowych. W przypadku działa realizowanych w pocztkowych fazach, udział rodków komputerowych wspomagajcych te działania jest zdecydowanie mniejszy. Poniewa s to najbardziej kreatywne (twórcze) etapy projektowania [1], bardzo trudno jest je automatyzowa, czy nawet wspomaga. Pomimo to nieustannie prowadzone s próby opracowania narzdzi komputerowych do wspomagania włanie tych działa. W pracach tych mona zaobserwowa dwa podejcia. Jedno z nich bazuje na koncepcji tzw. elementarnych obiektów funkcyjnych, natomiast w drugim podejciu wykorzystuje si techniki sztucznej inteligencji bazujce na dowiadczeniu i wiedzy projektowej. Dynamiczny rozwój technik obliczeniowych oraz metod sztucznej inteligencji umoliwia budow inteligentnych aplikacji CAD, wspomagajcych inyniera w podejmowaniu decyzji projektowych [2-5, 8-10]. Prowadzone s próby pozyskiwania i gromadzenia specjalistycznej wiedzy projektowej, tworzenia na jej bazie dedykowanych systemów oraz integrowaniu ich z innymi rodkami i narzdziami CAD. W artykule zaprezentowano przykład zastosowania hybrydowego systemu SWPK, bazujcego na wiedzy i dowiadczeniu, do wspomagania projektowania koncepcyjnego chwytaków mechanicznych.

2 692 P. Ociepka, J. wider Struktura systemu SWPK System komputerowy SWPK zbudowano w oparciu o architektur hybrydow, w której zintegrowano moliwoci systemu doradczego oraz modułu wykorzystujcego technik CBR (rys. 1). System ten zaimplementowano w jzyku programowania Object Pascal, w zintegrowanym rodowisku programowym Delphi 4. System SWPK zbudowany jest z trzech modułów programowych: modułu SWPK_CBR, modułu SWPK_SD, modułu SWPK_OW. Projektant Interfejs Uytkownika Moduł CBR Maszyna wnioskujca Moduł do oceny wariantów CBR wiedzy kryteriów BAZA ROBOCZA BR Rys. 1. Struktura systemu SWPK Zadaniem modułu SWPK_SD (systemu ekspertowego) jest utworzenie pola moliwych rozwiza projektowych dla funkcji ogólnej oraz dla poszczególnych funkcji składowych, które spełniaj załoenia projektowe, a nastpnie utworzenie z nich moliwych do zrealizowania kombinacji rozwiza w celu spełnienia (realizacji) funkcji ogólnej. Moduł SWPK_CBR, bazujcy na metodzie CBR, umoliwia gromadzenie wypracowanych przez system doradczy koncepcji w bazie przypadków, a nastpnie wykorzystanie ich w analogicznych, przyszłych zadaniach projektowych. Rozwizywanie problemów z zastosowaniem metody CBR polega na przeprowadzeniu analizy aktualnej sytuacji projektowej, zdefiniowaniu nowego problemu, a nastpnie na przeszukaniu precedensów zapisanych w bazie i wybraniu najbardziej analogicznego przypadku projektowego do aktualnie rozpatrywanego zadania. Moduł SWPK_OW słuy do wielokryterialnej oceny wariantów wygenerowanych w systemie SWPK. Pozwala wyznaczy cennoci waone dla poszczególnych rozwiza projektowych, co ułatwia wybra uytkownikowi rozwizanie najlepsze z dostpnych.

3 Komputerowy system SWPK 693 Proces Pozyskiwania wiedzy projektowej Opracowany system SWPK bazuje na wiedzy i dowiadczeniu. Dlatego wanym zagadnieniem podczas budowy tego systemu było okrelenie ródeł oraz wybór metod pozyskiwania dowiadczenia i wiedzy projektowej. W celu usprawnienia tego procesu opracowano dwie metody [6]: pozyskiwanie wiedzy za pomoc formularza papierowego (tabl. 1.), pozyskiwanie wiedzy za pomoc formularza elektronicznego (rys. 2.). Tablica 1 Pozyskiwanie wiedzy projektowej z zastosowaniem formularza papierowego Nr... Autor reguły Data UPN-12 R.Z Lp Nazwa cechy 1 masa manipulowanego obiektu 2 3 Adres/ tel. / Wpływ cechy na wybór Czego dotyczy reguła? (problem decyzyjny) rozwizania dobór układu dobór układu przeniesienia napdu wykonawczego Warto brak mały redni duy dobór układu cechy napdowego mała/b. dua x X X zmienno wymiarów dua x rodzaj uchwycenia wew. / zew. x kształt powierzchni walcowa 4 uchwycenia 5 precyzja uchwycenia dua x 6 kształt manipulowanego tarcze, wałki obiektu Próba uzasadnienia reguły: Moduł chwytaka firmy SHUNK. Typ PZN, trójszczkowy, ruch króców chwytnych równoległy, Parametry Fmax (p = 6bar) od 260 do [N], Skok/kocówk 2-25 [mm], Zakres masy przedmiotów [kg] Cytowania, referencje: Katalog firmy SHUNK Gripping Systems, CD, Katalog papierowy [7]. 1 wstaw znak X w wybranym polu x x Moduł firmy SHUNK (UN zintegrowany z UPN) Rys. 2. Okno formularza elektronicznego do wpisywania reguł projektowych

4 694 P. Ociepka, J. wider W trakcie procesu pozyskiwania wiedzy projektowej zidentyfikowano nastpujce ródła wiedzy: wykonane wczeniej projekty, które mog zosta zaadaptowane do nowych potrzeb, zawierajce dokumentacje projektowo konstrukcyjne (rysunki wykonawcze, złoeniowe, zestawieniowe, itp.). istniejce wytwory, które mog by analizowane w celu tzw. odtworzenia projektu i konstrukcji, katalogi gotowych (istniejcych) podzespołów, specjalici z danej dziedziny, fachowa literatura. Pozyskana w ten sposób wiedza projektowa została przetworzona i zapisana do bazie wiedzy systemu SWPK_SD. Przykład zastosowania systemu SWPK Opracowany system SWPK został zastosowany do wspomagania projektowania chwytaków mechanicznych. Na rys. 3 przedstawiono przebieg przykładowego zadania projektowego wspomaganego systemem SWPK. W pierwszym etapie wprowadzono do systemu dane dotyczce parametrów manipulowanych obiektów, warunków uchwycenia oraz załoe projektowych. Manipulowane obiekty Przed obróbk Po obróbce Warunki uchwycenia Warunki operacyjne Rys. 3. Wprowadzanie danych i załoe projektowych do systemu

5 Komputerowy system SWPK 695 W kolejnym kroku uruchomiono moduł SWPK_SD i SWPK_CBR w celu poszukiwania koncepcji spełniajcych załoenia projektowe. W wyniku działania modułu SWPK_SD uzyskano 3 warianty, natomiast sporód wariantów zaproponowanych przez moduł SWPK_CBR wybrano dwie koncepcje o najwikszym stopniu podobiestwa (rys. 4.) 3 warianty 2 warianty Robocza BR Rys. 4. Poszukiwanie rozwiza z zastosowaniem systemy doradczego i modułu CBR W kolejnym kroku wypracowane koncepcje poddano wartociowaniu w module SWPK_OW. Warianty były oceniane przez trzech ekspertów, którym przypisano odpowiednie współczynniki wagowe zgodne z posiadanym dowiadczeniem i wiedz dotyczc rozpatrywanej dziedziny. Eksperci stosujc opracowany formularz do wartociowania koncepcji SWPK_OW (rys. 4.), oceniali warianty wzgldem dobranego przez siebie układu kryteriów. Nastpnie oceny ekspertów agregowano i wyznaczono wariant o najwikszej cennoci. Ekspert 1 Robocza Ekspert 2 Ekspert 3 Concept Agregowanie ocen ekspertów Rys. 4. Wartociowanie wariantów koncepcji przez ekspertów i wybór rozwizania

6 696 P. Ociepka, J. wider WNIOSKI W pracy omówiono moliwoci zastosowania metod sztucznej inteligencji do wspomagania projektowania koncepcyjnego maszyn. Przedstawiono system SWPK który został zaimplementowany do wspomagania projektowania chwytaków mechanicznych. Działanie opracowanego systemu zweryfikowano podczas realizacji przykładowych zada projektowych. Zalet systemu jest moliwo generowania wariantów bazujcych zarówno na koncepcjach jak i na gotowych modułach, co pozwala rozwizywa zadania zarówno dla zastosowa jednostkowych jak i seryjnych. Utworzony interfejs graficzny znacznie ułatwia obsług poszczególnych modułów oraz umoliwia przejrzyst prezentacj wyników działania systemu. Dziki zastosowaniu techniki CBR system SWPK ma moliwo powikszania zgromadzonej wiedzy projektowej o nowe przypadki. Innymi słowy mona powiedzie, e system ma moliwo uczenia si. Zastosowanie opracowanego systemu w procesie projektowania koncepcyjnego zdecydowanie poszerza spektrum rozwiza projektowych, które analizowane s przez projektanta, oraz skraca czas potrzebny do utworzenia pola moliwych rozwiza. Budowa tego typu aplikacji umoliwia wiksz automatyzacj procesu projektowania oraz daje moliwo integrowania działa projektowych. LITERATURA 1. G. Pahl, W. Beitz, Nauka Konstruowania, WNT, Warszawa D. Lee, K.H. Lee, An approach to case-based system for conceptual ship design assistant. Expert Systems with Applications. Vol.16, 1999, pp W.Y. Zhang, S.B. Tor, G.A. Britton, A Prototype Knowledge-Based System for Conceptual Synthesis of the Design Process. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol.17, 2001, s J. Pokojski, Application of Case Based Reasoning in Machine Design, Materiały konferencyjne AI-MECH 2001 Methods of Artificial Intelligence in Mechanics and Mechanical Engineering, Gliwice 2001, pp D.T. Pham, Artificial Intelligence in Design. Springer-Verlag London Limited W. Moczulski, Metody pozyskiwania wiedzy dla potrzeb diagnostyki maszyn, Zeszyty Naukowe Politechniki lskiej nr 130-Mechanika, Gliwice Katalog firmy SHUNK Gripping Systems, CD. 8. P. Ociepka, Koncepcja systemu bazujcego na wiedzy do wspomagania projektowania koncepcyjnego maszyn, XIII Konferencja nt. Metody i rodki Projektowania Wspomaganego Komputerowo, Warszawa 2001, pp P. Ociepka, Metoda komputerowego wspomagania projektowania koncepcyjnego maszyn, Praca doktorska, Gliwice J. wider, P. Ociepka, Obiektowy system SWPK komputerowego wspomagania procesu koncepcyjnego projektowania maszyn, 11 International Scientific Conference Achievements in Mechanical and Materials Engineering, Gliwice Zakopane 2002, pp