PROBLEMY AUTOMATYZACJI PROCESÓW PROJEKTOWANIA ELEMENTÓW I ZESPOŁÓW MASZYN

Transkrypt

1 PROBLEMY AUTOMATYZACJI I INTEGRACJI PROJEKTOWANIA ELEMENTÓW MASZYN prof. dr hab. inż. Wojciech Kacalak dr hab. inż. Maciej Majewski prof. nadzw. Politechnika Koszalińska PROBLEMY AUTOMATYZACJI PROCESÓW PROJEKTOWANIA ELEMENTÓW I ZESPOŁÓW MASZYN Z ZASTOSOWANIEM SZTUCZNEJ INTELIGENCJI, W WARUNKACH NIEPEWNOŚCI I NIEPOWTARZALNOŚCI ZADAŃ 00:00:00 --:

2 PROJEKTOWANIE JEST POWSZECHNYM, BARDZO SKOMPLIKOWANYM I PRACOCHŁONNYM PROCESEM. ZNACZENIE PROBLEMU W CZASIE OSTATNICH 30 LAT OPRACOWANO DZIESIĄTKI SYSTEMÓW WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA I SPRZEDANO MILIONY APLIKACJI. NASTĄPIŁ WIELKI POSTĘP W UŁATWIENIU TWORZENIA OBRAZU KONSTRUKCJI, ZWŁASZCZA W WIZUALIZACJI I WYKORZYSTYWANIU GOTOWYCH ZASOBÓW. 00:00:00 --:

3 ELEMENTY PROJEKTOWANIA JAKO ETAPY W ROZWOJU TECHNOLOGII MASZYN WZROST DOKŁADNOŚCI PODSTAWY TECHNOLOGII NOWYCH MATERIAŁÓW NARZĘDZIOWYCH ROZPOWSZECHNIENIE WYNIKÓW BADAŃ I ZASTOSOWAŃ NOWYCH TECHNOLOGII PODSTAWY TECHNOLOGII NOWYCH MATERIAŁÓW NARZĘDZIOWYCH PODSTAWY KONSTRUKCJI I TECHNOLOGII NOWYCH NARZĘDZI STAN WIEDZY O PROCESACH TECHNOLOGICZNYCH STAN TECHNOLOGII PODSTAWY NOWYCH METOD TECHNOLOGICZNYCH PODSTAWY KONSTRUKCJI NOWYCH OBRABIAREK PIERWSZE ZASTOSOWANIA PRODUKCYJNE OPTYMALIZACJA I DOSKONALENIE PROCESÓW PODSTAWY NOWYCH METOD STEROWANIA PROCESAMI 00:00:00 --:

4 DLACZEGO AUTOMATYZACJA PROJEKTOWANIA I INTEGRACJI TECHNOLOGII JEST TAK TRUDNA DLACZEGO AUTOMATYZACJA PROJEKTOWANIA I INTEGRACJA TECHNOLOGII JEST TAK TRUDNA? 00:00:00 --:

5 ZŁOŻONOŚĆ PROBLEMU W projektowaniu wykorzystuje się wiele zaawansowanych metod rozwiązywania problemów i realizacji zadań, w których wykorzystuje się wiedzę jawną i niejawną oraz umiejętności projektanta do określania cech wyrobu, który dopiero powstanie, a jego właściwości będą skutkiem wielu złożonych procesów, pracy wielu wykonawców i będą przez użytkowników oceniane w różnych warunkach eksploatacji i różnym stanie technicznym. 00:00:00 --:

6 METODY ROZWIĄZYWANIA PROBLEMÓW AUTOMATYZACJI I INTEGRACJI PROJEKTOWANIA ELEMENTÓW MASZYN Probabilistyka Badania operacyjne Logika Metody matematyczne Naturalna i sztuczna inteligencja Logika rozmyta Sztuczne sieci neuronowe Systemy ekspertowe Algorytmy ewolucyjne Analiza naukowa Badania naukowe, pozyskiwanie danych Modelowanie i symulacja Heurystyka Chwyty wynalazcze Metody twórczego rozwiązywania problemów Metoda map myśli Metody prognozowania 00:00:00 --:

7 Rozmiar / zakres pomiarowy OBSZARY RÓŻNYCH TECHNOLOGII Obszary różnych technologii mm 1000 Obszar technologii konwencjonalnych Obszar pomiarowy urządzeń do kontroli kształtu Obszar optoelektroniki i nanotechnologii Zastosowania wysokich technologii ,1 Typowe elementy maszyn Elementy mechaniczne Precyzyjne elementy mechaniczne Skanery laserowe Monitory Elementy Kamery optyczne małej dokładności Mikroobróbka Drukarki laserowe Wafle układów mikroprocesorowych Dyski Układy scalone Elementy optyki zaawansowanej Mikro-lustra DLP Profilografometry Linia stosunku Dokładność/Zakres = ,01 Mikroskopy sił atomowych, skaningowe 1mm 100μm 10μm 1μm 100nm 10nm dokładność 1 nm 00:00:00 --:

8 PROCESY WYNALAZCZE PROJEKTOWANIE JEST ELEMENTEM PROCESÓW WYNALAZCZYCH. PROCESY TE REALIZOWANE SĄ W WARUNKACH NIEPEWNOŚCI. POZIOMY NIEPEWNOŚCI MOGĄ BYĆ RÓŻNE. ŁAGODNA NIEPEWNOŚĆ ZASADA MAKSYMALIZACJI PRZEWIDYWANYCH EFEKTÓW. ZBYT DUŻA LICZBA INNOWACJI POWODUJE, ŻE MAŁE PRZEDSIĘBIORSTWA WIĘCEJ RYZYKUJĄ. WYSOKA NIEPEWNOŚĆ ZASADA POLIOPTYMALNEGO WYBORU INNOWACJI O NAJMNIEJSZYM RYZYKU I DUŻYCH EFEKTACH. 00:00:00 --:

9 DROGA DO INNOWACJI OCENA SKUTKÓW OCENA RYZYKA OCENA OPINII KLIENTÓW OCENA NAKŁADÓW I MOŻLIWOŚCI POMYSŁ (niskie koszty pomysłu) WERYFIKACJA (WYNIKI, CZAS, KOSZTY) (wysokie koszty weryfikacji) OCENA EFEKTÓW DECYZJA KREATYWNOŚĆ PRACOWNIKÓW PROGRAM KONKURENCJI 00:00:00 --:

10 INNOWACJE A OBSZAR ZASTOSOWAŃ SZTUCZNEJ INTELIGENCJI 00:00:00 --:

11 ISTOTNĄ ROLĘ ODGRYWAJĄ PROCESY ZARZĄDZANIA WIEDZĄ I JEJ WYKORZYSTYWANIA NOWY POZIOM 3 METODY SZTUCZNEJ INTELIGENCJI UŻYTKOWANIE STOSOWANIE INTERPRETACJA TRANSFER WYKORZYSTYWANIE WIEDZY UŻYTKOWNICY PRZEKAZYWANIE STRUMIENI WIEDZY PROFIL ZAINTERESOWAŃ UŻYTKOWNIKA SERWISY WIEDZY ZARZĄDZANIE DOSTĘPEM I UDOSTĘPNIANIEM WIEDZY ANALIZA UNOWOCZEŚNIANIE REPRODUKCJA REDUKCJA UOGÓLNIANIE 2 FIZYCZNY DOSTĘP OBSŁUGA I ROZWÓJ ZASOBÓW METODY SZTUCZNEJ INTELIGENCJI NOŚNIKI I ZASOBY DEDUKCJA 1 POZNANIE ZARZĄDZANIE ŹRÓDŁAMI WIEDZY I INFORMACJI WNIOSKOWANIE RELACJE, ZALEŻNOŚCI INTEGRACJA WIEDZY KONKLUZJE ZASADY PRAWA ŹRÓDŁA WIEDZY I INFORMACJI SYSTEMY OCHRONY ZASOBÓW WERYFIKACJA REPREZENTACJA STRUKTURYZACJA ZARZĄDZANIE NOŚNIKAMI WIEDZY I ZASOBAMI OBSERWACJA METODY SZTUCZNEJ INTELIGENCJI PROCESY POZNAWCZE 00:00:00 --:

12 KIERUNEK PRAC W ZAKRESIE AUTOMATYZACJI PROJEKTOWANIA W Politechnice Koszalińskiej, wykorzystując własne rozwiązania w zakresie obustronnej komunikacji głosowej operatorów i urządzeń technologicznych, z wykorzystaniem sztucznej inteligencji, podjęto prace dotyczące opracowania komplementarnych podstaw budowy inteligentnych, interaktywnych systemów projektowania elementów i zespołów maszyn na podstawie ich cech, opisanych w języku naturalnym. 00:00:00 --:

13 INTERAKCJA OPERATORA I URZĄDZEŃ W złożonych zadaniach, uwolnienie operatora od manualnego wykorzystywania powolnych interfejsów, pozwoli na eliminowanie fazy pośredniej (składania rysunku z symboli graficznych), która oddziela obiektowe postrzeganie elementów projektowanego przedmiotu od obiektowego zapisywania cech konstrukcji. Stosowanie inteligentnych systemów interakcji ma na celu zwiększenie sprawności i wygody projektantów oraz szybkości tworzenia nowych konstrukcji. Projektowany element, postrzegany obiektowo poprzez jego składowe i ich cechy Zapis obiektowy cech Rysowanie projektowanego elementu, postrzegane jako składanie linii, powierzchni i symboli, zawartych w podziale na warstwy Wynik projektowania Rekonstrukcja cech elementu z dokumentacji konstrukcyjnej PROCES TECHNO- LOGICZNY 00:00:00 --:

14 PORÓWNANIE 00:00:00 --:

15 WADY OBECNYCH SYSTEMÓW Do najważniejszych wad obecnych systemów tworzenia zapisu konstrukcji można zaliczyć: 1. Tworzenie konstrukcji poprzez wykonywanie operacji graficznych, z użyciem powolnych interfejsów komunikacyjnych, w postaci klawiatury, tabletu i myszki na elementarnych składnikach typu linie i symbole graficzne. 2. Rysowanie ma nadal przewagę w obciążaniu procesów myślowych projektanta. 00:00:00 --:

16 WADY OBECNYCH SYSTEMÓW (CD) 3. Kompletowanie i przetwarzanie danych następuje w warstwach zawierających elementy graficzne określonego typu, przez co utrudnione jest wykorzystywanie zalet obiektowego traktowania składowych geometrycznych danego przedmiotu, np. określonego stopnia w projektowanym wałku lub nawet określonego wcięcia. 4. Zapisywanie konstrukcji w formatach typowych dla dawnych systemów grafiki wektorowej, poprzez składowe elementarne rysunku (linie), a nie poprzez obiekty, które same się wykreślą w wyniku działania interpretatora kodu. 00:00:00 --:

17 WADY OBECNYCH SYSTEMÓW (cd) 5. Kompletowanie i przetwarzanie danych w warstwach zawierających elementy graficzne określonego typu (linie, okręgi, ), powoduje, że oprogramowanie do projektowania procesów technologicznych musi przeprowadzać operacje rozpoznawania elementarnych obiektów geometrycznych na podstawie analizy zapisu graficznego tych elementów (rekonstruować rysunki w aspekcie technologicznym). 6. Zamiast przechowywać informację w formie obiektowej o elementarnych składnikach przedmiotu i relacjach między nimi, przechowuje się informację o graficznym obrazie. 00:00:00 --:

18 WADY OBECNYCH SYSTEMÓW (CD) Ostatnią wadę można wyjaśnić przez przeciwstawienie przykładu stosowanych współcześnie metod opisu struktury dokumentów i stron internetowych. Zamiast zapisywać rysunek wektorowy, można po prostu zapisać cechy przedmiotu, a interpreter odtworzy rysunek w dowolnym systemie operacyjnym, z wykorzystaniem uniwersalnego oprogramowania. Po dokonanych zamianach ten rysunek zostanie ponownie zapisany poprzez cechy przedmiotu. 00:00:00 --:

19 OGÓLNY SCHEMAT SYSTEMU 00:00:00 --:

20 SCHEMAT ZADAŃ I ROZWIĄZYWANYCH PROBLEMÓW 00:00:00 --:

21 PIERWSZY FRAGMENT SYSTEMU 00:00:00 --:

22 DRUGI FRAGMENT SYSTEMU 00:00:00 --:

23 TRZECI FRAGMENT SCHEMATU SYSTEMU 00:00:00 --:

24 PROGRAM OPRACOWANO: 1. System symbolicznego zapisu cech elementów konstrukcji. 2. Podstawy nowego języka do zapisu, archiwizacji i przetwarzania danych, dotyczących opisu konstrukcji (hipertekstowy obiektowo orientowany język dla konstrukcji). 3. Specjalizowany interfejsu komunikacji głosowy projektanta i system automatyzacji zapisu cech i tworzenia rysunku projektowanych elementów. 00:00:00 --:

25 PROGRAM (CD) 4. Opracowano ulepszone metody rozpoznawanie i przetwarzania komunikatów głosowych. 5. Nowe algorytmy rozpoznawania pisma odręcznego. 6. Elementarne procedury tworzenia symbolicznego zapisu konstrukcji na podstawie ich opisu w języku naturalnym z zastosowaniem sztucznej inteligencji. 00:00:00 --:

26 PROGRAM (CD) OPRACOWANO: 7. Elementarne procedury tworzenia zapisu TEKSTOWEGO na podstawie zapisu symbolicznego. 8. Dokonano weryfikacji opracowanych metod tworzenia zapisu konstrukcji na podstawie ich opisu w języku naturalnym. 9. Opracowano założenia do realizacji projektu rozwojowego i wdrożenia wyników pracy. 00:00:00 --:

27 NIE WSZYSTKO JEST MOŻLIWE Trzeba przyznać, iż pozostaną również takie przypadki, dla których opis słowny lub symboliczny, byłby nie dość jednoznaczny, i wówczas dane w postaci graficznej, odgrywać będą istotną rolę. Również dane z procesów rekonstrukcji kształtu i wymiarów, w postaci graficznej i numerycznej, stanowić będą informację uzupełniającą. 00:00:00 --:

28 SCHEMAT SYMBOLICZNEGO ZAPISU CECH KONSTRUKCJI 00:00:00 --:

29 PRZYKŁAD KODU * DETAILED DEFINITION OF DESIGN FEATURES * GEOMETRIC DIMENSIONING & TOLERANCING st001#(l:17.5; d:12){ch001#fl,(l:1.2; a:45.0)} {thr001#flem,(l:20.0; d:12.0; p:1.25)} GDT001#(type:D; obj:st002.d; val:_-0.013^0.0) st002#(l:30.0; d:25.0&h6){ch002#fl,(l:1.0; a:45.0)} {kw001#type:a,(l:25.0; w:6.0&n9; GDT002#(type:D; obj:st002.kw001.w; val:_-0.03^0.0) h:3.5&_0.0^0.2; offx:2.0&fl)} {unc001#type:s,(l:2.0; h:0.2)}={a#(st002)} GDT003#(type:D; obj:[st004.unc002, st007.unc005].l; val:_0.0^0.16) st003#(l:60.0; d:34.0) GDT004#(type:D; obj:[st004.unc002, st007.unc005].d; st004#(l:3.4; d:35.0){unc002#type:str,(l:1.6&h13; d:33.0&h12)} val:_-0.25^0.0) st005#(l:133.0;d:35.0&h6){kw002#type:a,(l:45.0; w:10.0&n9; h:5.0&_0.0^0.2; GDT005#(type:D; obj:[st005, st007].d; val:_-0.016^0.0) offx:3.0&fl)}{unc003#type:str,(l:2.0; h:0.2)} GDT006#(type:D; obj:[st005.kw002, st007.kw003].w; st006#(l:50.0; d:40.0) val:_-0.036^0.0) st007#(l:25.5; d:35.0&h6){unc004#type:str,(l:2.0; h:0.2)} {kw003#type:a,(l:16.0; w:10.0&n9; GDT007#(type:D; obj:[st005.kw002, st007.kw003].ra; val:_0.0^0.2) h:5.0&_0.0^0.2; offx:3.0&fr)} {unc005#type:str,(l:1.6&h13; d:33.0&h12)} {ch003#fr,(l:0.5; GDT008#(type:D; obj:st007.d; val:_-0.016^0.0) a:45.0)}={b#(st007)} GDT009#(type:T; obj:[st002, st005, st007].ra; val:1.25) GDT010#(type:L; rel:runout; con:base(a,b); val:_0.0^0.05; desc:"radial run-out") 00:00:00 --:

30 KLASYFIKACJA CECH TECHNOLOGICZNYCH JAKO PODSTAWY OCENY KOSZTÓW WYTWARZANIA ELEMENTÓW TYPU WAŁ Wektor WE Wektor WE (cechy wału) (cechy wału) Normalizacja wektora WE Normalizacja wektora WE Normalizacja wzorców WE Normalizacja wzorców WE Wzorce WE Wzorce WE Sztuczna sieć neuronowa Sztuczna sieć neuronowa Wagi (i,j) Wagi (i,j) Wzorce WY Wzorce WY KATEGORIE CEN KATEGORIE CEN Wartości WY Wartości WY Koszt Koszt nieznany... nieznany... NIE Czy MaxWY [i] > wartości progowej TAK [i] Wzorzec wygrywający Kategoria cenowa Kategoria cenowa (szacowany koszt) (szacowany koszt) 00:00:00 --:

31 INTERFEJS GŁOSOWY W przyszłości komunikaty głosowe w języku naturalnym niewątpliwie będą głównym sposobem komunikacji między ludźmi, maszynami i systemami komputerowymi. Interfejs mowy naturalnej we własnym języku jest najbardziej naturalnym, elastycznym, efektywnym, ekonomicznym oraz najszybszym sposobem porozumiewania się człowieka. Warunkiem skuteczności systemów interakcji operatora z urządzeniami jest przede wszystkim wyposażenie ich w mechanizmy automatycznej weryfikacji poleceń oraz oceny ich poprawności z wykorzystaniem metod sztucznej inteligencji. 00:00:00 --:

32 ROZPOZNAWANIE FRAZ I SŁÓW Opracowany przykład zastosowania metod sztucznej inteligencji, a w tym sieci neuronowych, algorytmów ewolucyjnych i logiki rozmytej, w ewolucyjnym neuronowo rozmytym systemie ROZPOZNAWANIA SŁÓW Źródło: Stuart K., Majewski M.: Evolvable neuro-fuzzy system for artificial creativity in linguistics. Lectures Notes in Artificial Intelligence Springer :00:00 --:

33 ROZPOZNAWANIE FRAZ I SŁÓW Źródło: Stuart K., Majewski M.: Evolvable neuro-fuzzy system for artificial creativity in linguistics. Lectures Notes in Artificial Intelligence Springer :00:00 --:

34 ROZPOZNAWANIE WYRAZÓW 00:00:00 --:

35 ROZPOZNAWANIE INFORMACJI 00:00:00 --:

36 PRZYKŁAD KODOWANIA WERSJA UPROSZCZONA Zapis symboliczny wałka w postaci kodu źródłowego (KMXML): START { PS=1/19/22; PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA ANALIZA KONSTRUKCJI I OPRACOWANIE APLIKACJI DO AUTOMATYCZNEGO GENEROWANIA RYSUNKÓW KONSTRUKCYJNYCH ELEMENTÓW MASZYN TYPU WAŁEK Zbigniew Struski, Maciej Stefaniak Promotor: prof. dr hab. inż. Wojciech Kacalak FL=2/45; G=0/17/M/1/P; P=17/A/2; KS; PS=2/30/24; W=0/30/R/22/22[f7]/24; KS; PS=3/4/22; W=50/15/R/18/30[g6]/34; KS; PS=4/62/42; G=30/32/M/1/P; FR=3/45; KS; } STOP START{PS=1/19/22;FL=2/45;G=0/17/M/1/P;P=17/A/2;KS;PS=2/30/24;W=0/30/R/22/22[f7]/24;KS;PS=3/4/22;W=50/15/ R/18/30[g6]/34;KS;PS=4/62/42;G=30/32/M/1/P;FR=3/45;KS;}STOP 00:00:00 --:

37 MODUŁ KODOWANIA 00:00:00 --:

38 Zapis symboliczny, automatyczne generowanie interpretacji słownej, eksport do AUTO CAD 00:00:00 --:

39 SAMODZIELNOŚĆ W MYŚLENIU MALEJE, A PROBLEM UKRYWA SIĘ W WYNIKU MASOWEGO PRZETWARZANIA DANYCH BEZ AUTOMATYZACJI ZADAŃ TWÓRCZYCH POSTĘP BYŁBY OGRANICZONY, ALE SAMODZIELNOŚĆ W MYŚLENIU MALEJE, A PROBLEM UKRYWA SIĘ W WYNIKU MASOWEGO PRZETWARZANIA DANYCH NOWY PROJEKT NOWY PROJEKT STANDARDOWY INNOWACJA STANDARDOWY INNOWACJA WYSZUKAJ W ZASOBACH WRÓĆ DO POPRZEDNICH SLAJDÓW NACIŚNIJ PRZYCISK POSZUKAJ KOGOŚ KTO JESZCZE MYŚLI 00:00:00 --:

40 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 00:00:00 --:

41 UZUPEŁNIENIA 00:00:00 --: