Введение к работе
Актуальность темы. Характерными чертами современного сборочного производства является рост номенклатуры и частая смена изго-тавляемой продукции. При этом в настоящее время определились некоторые, в какой-то мере противоречивые, требования к сборочному производству, такие как: сокращение сроков подготовки производства и выпуска продукции с одной стороны, и уменьшение трудоемкости и стоимости изготовления высококачественной продукции с другой стороны.
Наилучшим образом всем требованиям современного сборочного производства (СП) удовлетворяют гибкие производственные системы (ГПС), в состав которых входят отдельные робототехнические сборочные комплексы (РСК), реализованные на базе оборудования с числовым программным управлением и сборочных роботов (СР), устройств подачи и ориентирования деталей, средств специальной оснастки и т.д.
Опыт создания ГПС показал, что существующие методы и используемые средства их проектирования, основанные на ручной техноло-гиии и интуиции разработчика, не отвечают современным требованиям. В последние годы качественно изменились подходы к разработке ГПС, при этом широкое распространение получил метод, так называемого совместного конструирования ( Concurrent design ), заключающийся в совместном решении следующих взаимосвязанных задач:
разработки конструкции:
разработки процесса производства;
анализа эффективности внедрения.
В рамках этого подхода перед проектируемой сборочной ГПС
ставятся следующие требования:
осуществлять сборку изделий с заданной точностью;
организовать совместное управление отдельными модулями;
предусмотреть возможность быстрой переналадки системы под новую технологию сборки.
Методология проектирования РСК должна основываться на системном подходе, подразумевающем комплексное рассмотрение технологического процесса и совокупности аппаратных и программных средств, реализующих поставленное технологическое задание (ТЗ). При этом перед разработчиками возникает целый ряд взаимосвязанных задач, таких как: анализ технологии, разбиение ТЗ на подзадачи, выбор метода сборки, определение состава оборудования и его размещение, определение безопасной траектории движения СР, программирование СР и вспомогательного оборудования, отладка программных средств.
Организация роботизированного СП является сложной задачей, требующей от разработчиков глубоких знаний особенностей технологии сборки, использования основного и вспомогательного сборочного оборудования, методов планирования движений роботов, а также способов их программирования. Специфика этой задачи связана с разнохарактерностью отдельных подзадач, значительным количеством нечеткой или вероятностной информации, большой вариативностью методов решения. Следует отметить, что при организации СП используются эмпирические, часто плохо формализуемые знания экспертов. Поэтому необходимо разрабатывать новые подходы и методы проектирования РСК.
Одним из таких подходов является применение методов искусственного интеллекта для решения задач роботизированной сборки, и
в частности, технологии экспертных систем (ЭС), которая позволяет успешно преодолеть многие из указанных выше трудностей.
Таким образом, комплексное решение задачи роботизированной сборки на основе применения технологии ЭС приобретает актуальность как с научной, так и прикладной точек зрения.
Целью работы является разработка принципов построения, алгоритмических и программных средств системы технологической подготовки роботизированного СП. Особый акцент сделан на разработку инструментальных программных средств, а именно: ЭС для планирования траектории движения СР при выполнении сложных сборочных операций и ЭС, осуществляющей выбор необходимого робототехнического оборудования в соответствии с требованиями ТЗ.
Задачи исследования. Указанная цель предопределяет необходимость решения следующих задач, связанных с разработкой:
концепции использования ЭС для решения всего комплекса задач технологической подготовки СП;
архитектур ЭС для планирования движений СР и выбора необходимого оборудования;
облочек ЭС. реализации механизма логического вывода и средств объяснения результатов функционирования;
способа представления знаний и формирования соответствующих баз правил (БП) и баз алгоритмов (БА);
программно-алгоритмического комплекса, реализованного на базе разработанных ЭС.
Методы исследования. Поставленные задачи решены методами теории искусственного интеллекта и экспертных систем. Научная новизна работы состоит в следующем:
- предложена и разработана концепция построения комплекса техно-
логической подготовки роботизированного СП на базе технологии ЭС;
определена совокупность отдельных взаимосвязанных задач, решаемых с помощью ЭС. сформированы требования для ЭС, учитывающие специфику отдельных подзадач технологической подготовки' роботизированного СП;
разработана архитектура ЭС обоснованного выбора необходимого робототехнического оборудования;
сформирована база знаний (БЗ) ЭС для выбора необходимого робототехнического оборудования, реализующего заданную технологию сборки;
синтезирована и обоснована архитектура ЭС планирования перемещений СР;
разработана новая методика описания состояния рабочей сцены СР на качественном уровне, позволяющая наглядно и полно характеризовать ззаимное расположение элементов рабочей сцены.
в виде продукционных правил сформирована БЗ для ЭС планирования движений СР.
разработаны ЭС обоснованного выбора необходимого робототехнического оборудования и ЭС планирования перемещений, которые позволяют взаимосвязанно решить комплекс задач технологической подготовки роботизированного СП: выбора оборудования, построения безопасных траекторий движения СР.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Принципы построения системы технологической подготовки роботизированного СП на базе технологии ЭС, архитектура ЭС выбора необходимого оборудования и ЭС планирования движений СР.
-
Методика описания состояния рабочей сцены СР на качест-
венном уровне.
3. Состав и способ формирования БЗ и БА ЭС выбора необходимого оборудования и ЭС планирования движений СР.
Практическая ценность. На основе анализа существующих методов проектирования роботизированных СП обоснована перспективность использования технологии ЭС для решения комплекса задач роботизированной сборки. При этом сформулированы требования, предъявляемые к ЭС, входящим в состав программного комплекса технологической подготовки. Разработаны ЭС выбора необходимого робототехни-ческого оборудования и ЭС планирования движениями СР, позволяющие автоматизировать процесс технологической подготовки СП, что позволяет сократить время проектирования и ввода в действие роботизированного СП и осуществить программирование СР и отладку управляющих програш путем моделирования, не используя непосредственно технологическое оборудование.
Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты, полученные при разработке ЭС технологической подготовки роботизированного СП, были использованы в НИР "Клон-МН" "Поисковые исследования и разработка интеллектульных систем управления сложными динамическими объектами, включая боевые роботы и робототехнические системы произвольных кинематических структур, в целях повышения степени их автономности, адаптивности и надежности", выполняемой по заданию Секции прикладных проблем при Президиуме РАН. Результаты диссертационной работы использовались при планировании траекторий и синтезе управляющих программ роботизированного комплекса термообработки в НШТМ в г.Зеленограде. Кроме этого, ЭС для выбора необходимого робототехнического оборудования была использована при проектировании РСК, входящего в состав
учебной мини - ГПС. а также методического обеспечения учебного курса "Основы внедрения РТС". Программный комплекс планирования целенаправленных движений СР применяется в лабораторном практикуме по курсу "Автоматизация программирования роботов".
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на семинарах и конференциях МИРЭА, на II и III международном научно-техническом семинаре "Теоретические и прикладные проблемы моделирования предметных областей в системах баз данных и знаний" ( Рыбачье, 1994,1995 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 6 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (83 источника) и четырех приложений, содержащих формализованные представления БЗ ЭС, качественные случаи возможного взаимного расположения манипулятора, цели и препятствия, акты о внедрении, и включает 184 страницы основного текста, 2 таблицы, 51 рисунок.
