UNIVERZITET U NOVOM SADU FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA. Nastavni predmet:

Transcription

1 UNIVERZITET U NOVOM SADU FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA Nastavni predmet: Predavanja br. 7 i 8: Savremene metode i tehnike razvoja i integracije CAPP sistema Doc. dr Dejan Lukić Novi Sad, god. Opšti model tehnološke pripreme proizvodnje-faze III i IV I V 1

2 Integracija u proizvodnom sistemu Pod pojmom integracije u proizvodnom sistemu podrazumeva se integracija inženjerskih i drugih poslovnih aktivnosti, počevši od ideje o proizvodu pa sve do kraja životnog ciklusa proizvoda. Ostvarenje ovog cilja je od strateškog značaja za konkurentnost proizvodnih sistema. Osnovni uslov integracije je automatizacija pojedinih aktivnosti razvojem odgovarajućih CAx sistema. Razvoj Projektovanje Projektovanje tehnoloških Konvencionalna Proizvodnja Montaža proizvoda proizvoda procesa proizvodnja CAx CAD CAPP CAM CAA CAx tehnologije CAE Projektovanje tehnoloških Proizvodnja Montaža Projektovanje Razvoj Automatizovana proizvoda proizvodnja proizvoda procesa Primena Cax tehnologija u proizvodnji Osnovne integracije aktivnosti u savremenoj proizvodnji: CAD/CAM sistemi, CAD/CAPP sistemi, CAD/CAE sistemi, CAM/CNC sistemi, CAD/CAPP/CAM sistemi, CAPP/PPC sistemi, itd. Model proizvoda predstavlja osnovu integracije u proizvodnom sistemu. KONSTRUISANJE DIZAJN PLANIRANJE SKLADIŠTENJE PODACI O PROIZVODU TEHNOLOGIJA ODRŽAVANJE LOGISTIKA PROJEKTOVANJE Geometrijski model proizvoda Geometrijski model proizvoda može da se predstavi pomoću 2D crteža i/ili 3D modela. 3D geometrijski model proizvoda može da se predstavi kao: Žičani model (wireframe model), Površinski model (surface model) i Zapreminski model (solid model). Žičani model U najranijoj eri razvoja računarskih modela oni su zapravo predstavljali tehničke crteže, gde je korisnik crtao koristeći prave linije, lukove, elipse i dr. 70-ih godina prošlog veka pojavili su se prvi računarski sistemi za 3D projektovanja gde su modeli prikazivani pomoću temena i linija (žica) koje ih spajaju. Njihova primena bila je ograničena na grubu vizuelizaciju 2,5D objekata I nije sadržala nikakve informacije korisne za tehnologe, osim za 2D obradu na bušilicamaglodalicama, erozimatima sa žicom, mašinama za sečenje vodom, laserom i sl. Žičani model kocke sa prizmatičnim otvorom, potom jednog prizmatičnog dela i koncepta automobila prikazan je na slici. 2

3 Površinski model U cilju modeliranja složenih površi, pojavili su se površinski modeleri, što je bilo posebno od značaja za automobilsku i vazduhoplovnu industriju. Kao sredstvo za približno prikazivanje površi korišćene su tzv. B-splajn parametrizovane matematičke krive, koje su se mogle modifikovati pomeranjem kontrolnih tačaka. Na slici je prikazan površinski model torusa i automobila. Zapreminski model Pošto ni žičani ni površinski modeli nisu mogli proizvesti nedvosmislen model proizvoda, razvijeni su zapreminski (solid) modeleri, u kojima se koriste dva tipa prezentacije: granična reprezentacija (B-rep) i modeliranje korišćenjem geometrijskih primitiva zapremine (CSG). B-rep model B-rep (Boundary representation) je topološka struktura koja se sastoji od jednostavnih geometrijskih formi (primitiva): tačke, ivice i strane, koje ograničavaju zapreminu. Vidljivost strana se određuje pomoću sledećih konvencija: Vektor normale strane uvek ima smer ka spoljašnjosti dela, Ivicama se dodeljuju smerovi tako da se za svaku stranu koju ograničavaju, ivice nadovezuju u smeru suprotnom od kazaljke na satu, ukoliko je strana vidljiva iz spoljašnjeg prostora Slika ilustruje primer B-rep strukture podataka. 3

4 CSG model CSG (Constructive Solid Geometry) je metod za kreiranje zapremina korišćenjem primitiva objekata koji se povezuju operacija Bulove algebre (unija, presek i razlika), koji se uključuju direktno u reprezentaciji, slika. Objekti se memorišu u obliku strukture razgranatog stabla sa operatorima kao unutrašnjim čvorovima i primitivima i intermedijalnim složenim objektima kao listovima. Pozitivna karakteristika CSG modela je u tome što se istorija procesa modeliranja dela čuva zajedno sa modelom, kao što je prikazanao na slici. Istorija modeliranja ne mora biti jedinstvena, odnosno CSG model nije jednoznačan, tj. postoji mnogo različitih načina na koje se primitivi, transformacije i operatori mogu iskoristiti tako da se dobije jedan te isti model, prema slici. Poređenje karakteristika B-rep i CSG modela Oba tipa zapremenske reprezentacije imaju svoje prednosti i mane. B-rep je memorijski dosta zahtevnija od CSG i teško je napraviti izmene u modelu jer se ne čuva istorija procesa modeliranja. Sa druge strane, B-rep omogućuje pristup svakoj strani, ivici i temenu pojedinačno jer ih čuva u eksplicitnoj formi, zbog čega se kaže da B-rep predstavlja evaluirani model, što može biti od velike koristi za prepoznavanje TO, tehnološke merne lance, definisanje putanje alata, i dr. Zato se može reći da sa stanovišta projektovanja tehnoloških procesa, posebno prepoznavanja feature (TO) B-rep ima značajnije prednosti u odnosu na CSG. Projektovanje pomoću većine komercijalnih 3D modelera se zasniva na hibridnom pristupu: modeliranje se vrši korišćenjem CSG reprezentacije, a evaluacija korišćenjem B-rep. To je omogućeno činjenicom da se CSG reprezentacija može konvertovati u B-rep, dok obrnuta konverzija ne važi. 4

5 Savremene metode i tehnike razvoja I integracije CAPP sistema U razvoju CAPP sistema i njihovoj integraciji sa drugim funkcijama i aktivnostima proizvodnog sistema i globalnog poslovnog okruženja primenjuju se brojne metode i tehnike, koje se mogu koristiti zasebno ili integralno. Na osnovu analize brojnih literaturnih informacija, izdvojen je set osnovnih savremenih metoda i tehnika koje se koriste za razvoj CAPP sistema: Metode zasnovane na tipskim oblicima, Metode veštačke inteligencije o Ekspertni sistemi, o Neuronske mreže, o Genetski algoritmi, o Fuzzy teorija i fuzzy logika, Agent-bazirane metode, Internet-bazirane metode, Metode bazirane na STEP standardu, i dr. Tipski oblici feature u razvoju CAPP sistema Pojam "feature" se kod nas može sresti pod različitim terminima, kao karakteristika, osobina, svojstvo, obeležje, oblik, forma, značajka, itd., dok su u ovom radu usvojeni termini tipski oblik i tipski tehnološki oblik. Tipski oblik (feature) se koristi sa aspekta domena funkcionalnosti, geometrije, metrologije i dr., dok se tipski tehnološki oblik, često zvana i tehnološka forma (manufactruring feature, machining feature) koristiti sa aspekta domena tehnologije izrade. Prema jednoj definiciji "feature" predstavlja semantičku grupa ili atom modeliranja, određen skupom parametara, koji se koristi za opis objekta koji se ne može dodatno razložiti, sa aspekta jedne ili više aktivnosti u vezi sa projektovanjem i primenom proizvoda. Metodologije zasnovane na tipskim oblicima su prvo bile centralna tema integracije CAD/CAM sistema, da bi intenzivnijim razvojem CAPP sistema postale osnova za integraciju CAD/CAPP/CAM sistema. CAPP sistemi bazirani na tipskim tehnološkim oblicima, koriste modele tipskih oblika iz CAD sistema za donošenje odluka u procesu projektovanja tehnoloških procesa, zbog čega predstavljaju osnovna sredstva, odnosno elemente integracije CAD i CAPP sistema (slika). Model tipskih tehnoloških oblika treba da obuhvati dovoljan broj informacija za potrebe projektovanja tehnoloških procesa. Tipski tehnološki oblici CAD CAPP CAM 5

6 Transfer podataka između CAD i CAPP sistema je jedna od najznačajnijih aktivnosti u razvoju i primeni CIM sistema. Mogu se izdvojiti tri osnovna pristupa povezivanja CAD i CAPP sistema: Ulogu interfejsa preuzima projektant koji tumači crtež i pomoću posebno razvijenog jezika (simbolički jezik) ili kroz određeni dijalog, daje opis tipskih tehnoloških oblika (manufacturing feature) sa svim relevantnim tehnološkim parametrima. Kod ovih sistema veliki udeo u odlučivanju ima projektant, tako da tehnološki proces koji se dobija kao izlaz, u velikoj meri zavisi od iskustva tehnologa, Vrši se razvoj sistema za izdvajanje i prepoznavanje tipskih tehnoloških oblika iz CAD modela, odnosno vrši se nadoknađivanje izgubljenih podataka na CAD modelu, i Razvija se CAD sistem koji je zasnovan na tipskim oblicima, gde se pri projektovanju koriste ovi oblici iz postojeće biblioteke oblika. Za svaki tipski oblik postoji određeni tehnološki proces na mikro nivou tako da projektovanje tehnoloških procesa predstavlja kombinovanje obrade tipskih tehnoloških oblika primenom tipskih tehnoloških sekvenci, odnosno grupa zahvata. Kao što je navedeno, postoje dve osnovne vrste tipskih oblika koji se koriste u projektovanju proizvoda i tehnoloških procesa njihove proizvodnje: Tipski geometrijski oblik (design feature) ili samo tipski oblik (feature), i Tipski tehnološki oblik (manufacturing feature). Tipski oblici koji se koriste pri projektovanju proizvoda (funkcionalni domen), često se značajno razlikuju od tipskih tehnoloških oblika koji se koriste za projektovanje tehnoloških procesa (tehnološki domen). Jedna od posledica ove razlike je i različit prilaz pri projektovanju proizvoda i tehnoloških procesa, što je prikazano na slici. U posmatranom primeru projektant proizvoda pri konstruisanju koristi rebra kao tipske oblike jer su oni za njega funkcionalni elementi, dok projektant tehnološkog procesa posmatra materijal koji se obrađuje, tako da su za njega bitni žljeb i stepenik kao obradni elementi, koji su predstavljeni preko odgovarajućih tipskih tehnoloških oblika. Upravo zbog toga je neophodan proces preslikavanja iz geometrijskog, odnosno funkcionalnog domena u tehnološki domen, što se naziva prepoznavanje tipskih tehnoloških oblika ili samo tehnološko prepoznavanje. 6

7 Tipski tehnološki oblici su u bliskoj vezi sa procesom obrade i pružaju informacije o vrstama obradnog procesa koje treba primeniti, odnosno zahvatima obrade, alatima, strategiji obrade, itd. Tipski tehnološki oblici se karakterišu preko sledećih skupova informacija: Inherentne karakteristike (dimenzije, kvalitet obrade površina, tolerancije), Geometrijski odnosi sa drugim tipskim tehnološkim oblicima (dimenzije, tolerancije položaja i odnosa površina), i Topološke relacije sa drugim tipskim tehnološkim oblicima (udaljenost ili rang susednosti i preklapanje ili interakcija) Podela tipskih tehnoloških oblika može se izvršiti na više načina, prva podela je prema načinu predstavljanja proizvoda: Površinski tipski tehnološki oblici (surface manufacturing feature), za granično predstavljanje proizvoda (B-rep), i Zapreminski tipski tehnološki oblici (volumetric manufacturing feature), za predstavljanje proizvoda solid modelom (CSG). Na slici prikazan je jedan proizvod koji je projektovan pomoću tipskih oblika i za koji su potom definisani površinski i zapreminski tipski tehnološki oblici za njegovu obradu. Tipski tehnološki oblici se najčešće definišu kao elementi profila putanje alata pri obradi. Tako je na slici prikazan način definisanja tri zapreminska tipska tehnološka oblika za prethodno prikazani proizvod. 7

8 Druga podela je prema vrsti tipskih tehnoloških oblika na izolovane i preklapajuće TTO. Izolovani TTO predstavljaju skup međusobno povezanih geometrijskih obeležja koji odgovaraju nekom pojedinačnom procesu obrade. Podklase izolovanih tipskih tehnoloških oblika su prelazni tipski tehnološki oblici (zaobljenja, oborene ivice) i ponavljajući tipski tehnološki oblici (niz umnoženih tipskih oblika koji se ponavljaju na delu). Preklapajući TTO (interacting feature) predstavljaju složene oblike nastale interakcijom dva ili više izolovana tipska tehnološka oblika. U literaturi se može naći mnogo različitih klasifikacija tipskih tehnoloških oblika, koji su najčešće internog karaktera. Najsveobuhvatnija klasifikacija tipskih tehnoloških oblika je data u okviru aplikacionog protokola AP224 standarda STEP ISO standarda, prema kome se oni dele na: Machining_feature (tipski tehnološki oblici za mašinsku obradu), Replicate_feature (umnoženi tipski tehnološki oblici), i Transition_feature (prelazni tipski tehnološki oblici). Machining_feature karakteriše zapremina materijala koja će se u procesu obrade ukloniti sa obradka i u vezi je sa karakterističnim zahvatom/ima obrade. Obuhvataju sledeće osnovne tipove oblika, od kojih neki imaju svoje podtipove: Knurl, General_removal_volume, Outer_round, Multi_axis_feature (Boss, Hole, Rounded_end, Planar_face, Pocket, Profile_feature, Protrusion, Rib_top, Slot, Step), Compaund_feature, Thread, Making, Revolved_feature, Spherical_cap. Replicate_feature predstavlja tipske tehnološke oblike koji se sastoje od niza umnoženih entiteta tipa Machining_feature koji se ponavljaju na proizvodu, pri čemu postoje podtipovi Circular_pattern, Rectangular_pattern i General_pattern. Transition_feature predstavlja tipske tehnološke oblike koji se javljaju na prelazu dve susedne površine i obuhvataju podtipove Chamfer (oborena ivica), Fillet (konkavna zaobljena ivica) i Edge_round (konveksna zaobljena ivica). 8

9 Primer definisanja tehnologije obrade složenog TTO Prepoznavanje TTO Jedan od osnovnih problema koji se javlja pri razvoju i primeni CAPP sistema odnosi se na prepoznavanje tipskih oblika, za koje treba definisati tehnološke procese obrade, a da se informacije dobiju direktno iz CAD sistema. Veliki broj CAD sistema u svojim modelima proizvoda nemaju sistematizovane neophodne podatke za prepoznavanje, ili su oni nedostupni i nerazumljivi. Kod ovakvih CAD sistema model proizvoda se prevodi u novi, interni model podataka pogodan za CAPP sisteme ili, se pak, deo ponovo opisuje, što često dovodi do gubitaka pojedinih informacija. Prepoznavanje TTO predstavlja prevođenje modela koji sadrži entitete nižeg nivoa u model koji sadrži entitete višeg nivoa, tj. prevođenje geometrijskog modela koji sadrži entitete kao što su linije, tačke itd., u model baziran na tipskim tehnološkim oblicima, definisan entitetima višeg nivoa kao što su otvori, žljebovi itd. Osnovni razlog za prevođenje modela iz jednog u drugi oblik je mogućnost da se tipskim oblicima pridruži znanje o procesu njihove izrade i dobiju tipski tehnološki oblici. Model TTO kao osnovni ulazni podatak za projektovanje tehnoloških procesa može da se dobije na više načina, u zavisnosti od načina projektovanja proizvoda Projektovanjem pomoću tipskih tehnoloških oblika, Projektovanjem pomoću tipskih oblika a zatim preslikavanjem ili prepoznavanjem tipskih tehnoloških oblika, Konvencinalnim projektovanjem, bez upotrebe tipskih oblika, a zatim prepoznavanjem tipskih tehnoloških oblika. 9

10 PROJEKTOVANJE POMOCU TIPSKIH OBLIKA TTO - tipski tehnološki oblici TO - tipski oblici GM - geometrijski model PROJEKTOVANJE SA TIPSKIM TEHNOLOŠKIM OBLICIMA TTO PROVERA ISPRAVNOSTI TIPSKIH TEHNOLOŠKIH OBLIKA TTO PROJEKTOVANJE SA TIPSKIM OBLICIMA TO PRESLIKAVANJE OBLIKA TTO SISTEM ZA PROJEKTOVANJE TEHNOLOŠKIH PROCESA GM KONVENCIONALNO PROJEKTOVANJE (BEZ UPOTREBE OBLIKA) GM INTERAKTIVNO ILI AUTOMATSKO PREPOZNAVANJE TIPSKIH TEHNOLOŠKIH OBLIKA TTO CAD CAPP Funkcija preslikavanja oblika se smatra delom CAD sistema, dok se prepoznavanje oblika smatra delom CAPP sistema, ali ih veoma često u literaturi nazivaju jednim imenom prepoznavanje oblika-feature recognition. Prepoznavanje TO može biti manuelno ili interaktivno (engl. Interactiv form feature definition) i automatsko (engl. Automated feature recognition). Projektovanje pomoću TTO podrazumeva postojanje biblioteke TTO, prilagođene potrebama izrade proizvoda, odnosno dela. Ovakvi sistemi su se intenzivno razvijali 90-ih godina prošlog veka, ali se zbog određenih nedostataka sve više primenjuju sistemi za automatizovano prepoznavanje tipskih tehnoloških oblika. Automatsko prepoznavanja se bazira na direktnom preuzimanju modela proizvoda na kome se automatski prepoznaju TO koji se prevode u TTO. Svi pristupi u ovoj oblasti imaju cilj formiranja algoritama sposobnih da prepoznaju svaki TTO bez ikakvog učešća projektanta tehnološkog procesa. S obzirom na način prepoznavanja tipskih oblika, metode prepoznavanja se mogu podeliti na: Manuelno ili interaktivno prepoznavanje TTO (Interactiv form feature definition) i Automatsko prepoznavanje TTO (Automated feature recognition AFR). Pod manuelnim prepoznavanjem TTO podrazumeva se da korisnik identifikuje TTO na modelu proizvoda i to najčešće pomoću određenog interfejsa. Ova vrsta prepoznavanja je primenljiva za jednostavnije proizvode sa manjim brojem TTO. U slučaju složenijih proizvoda pogodniji oblik prepoznavanja je automatsko prepoznavanje, koji se danas mnogo više primenjuje. Automatsko prepoznavanja bazira se na direktnom preuzimanju modela proizvoda na kome se automatski prepoznaju TO koji se prevode u TTO. Svi pristupi u ovoj oblasti imaju cilj formiranja algoritama sposobnih da prepoznaju svaki mogući TTO bez ikakvog učešća projektanta tehnološkog procesa. Sistemi za automatsko prepoznavanje tipskih tehnoloških oblika treba da obezbede rešenje sledećih međusobno povezanih zadataka Izdvajanje geometrijskih obeležja dela iz CAD modela potrebnih za formiranje prikaza dela pogodnog za prepoznavanje tipskih tehnoloških oblika. (Kod B-rep modela to su temena, ivice i strane dela, kod žičanih modela to su temena i ivice, a kod CSG modela to su geometrijski primitivi) Formiranje prikaza dela pogodnog za identifikaciju tipskih tehnoloških oblika (Kod sistema zasnovanih na B-rep i žičanom modelu vrše se topološko povezivanje geometrijskih obeležja, a kod CSG povezivanje operacijama bulove algebre) Uparivanje prepoznatih tipskih tehnoloških oblika sa obrascima u biblioteci tipskih tehnoloških oblika, a kod naprednih sistema zasnovanih na veštačkim neuronskim mrežama i akvizicija znanja u vidu formiranja novih obrazaca sačinjenih od neprepoznatih tipskih tehnoloških oblika. 10

11 Metode za izdvajanje geometrijskih obeležja iz CAD modela dela mogu da se podele na eksterne i interne. Interni pristupi podrazumevaju korišćenje API (Aplication Protocol Interface) softvera, u kome je deo modeliran, za pristup toplološkim i geometrijskim informacijama o tom delu. Eksterni pristupi podrazumevaju izvoženje CAD modela iz softvera u kome je deo u neki neutralni format podataka (STEP, IGES, ACIS, ) u vidu ASCII datoteke, koja se pomoću nekog interfejsa (programa napisanog u nekom prog. jeziku) prevodi u odgovarajući prikaz dela koji je pogodan za izdvajanje TTO. Najpoznatije metode za identifikaciju i prepoznavanje tipskih tehnoloških oblika su sintatičko prepoznavanje oblika, dijagrami stanja i automati, logička pravila i ekspertni sistemi, metode grafova, metode nagoveštaja, metode dekompozicije zapremine, ćelijska dekompozicija, hibridne metode, itd. Logička pravila za prepoznavanje oblika Kod ovih metoda vrši se uparivanje identifikovane strukture dela sa obrascima TO(tipskih oblika) iz baze znanja pomoću pravila IF-THEN. Kod ovih metoda od esencijalnog značaja je da pravila obezbede jednoznačnost definisanja oblika (formi) svaka forma mora imati jedinstvenu definiciju, odnosno nesmu postojati dve forme sa istom definicijom ili jedna forma sa sa više definicija u bazi znanja. Mana ovih sistema je odsustvo mehanizama za akviziciju znanja problem kada se izdvoje forme za koje ne postoje obrasci u bazi znanja Veštačke neuronske mreže (VNM) za prepoznavanje oblika Funkcionalnost VNM u prepoznavanju oblika zavisi od: 1. Karakteristika ulaza (metode za formiranje serija ulaznih podataka-metode iz tabele) 2. Primenjene arhitekture i tipa obučavanje VNM 3. Karakteristike izlaza iz VNM Prednosti automaskog prepoznavanja TTO primenom VNM u odnosu na logička pravila: 1. VNM tolerišu manje greške u ulaznim podacima tokom obučavanja i rešavanja problema 2. Proces prepoznavanja je brži (ne zahteva detaljno pretraživanje strukture prikaza dela ili kompleksne logičke operacije za dobijanje potrebnih informacija, već egzaktne matematičke proračune 3. Imaju sposobnost akvizicije znanja kroz proces učenja na primerima, što omogučuje tretiranje identifikovanih formi za koje prethodno ne postoje definisani obrasci u bazi znanja. 11

12 Metodologija zasnovana na grafovima susednosti (Metoda grafova) Kod ove metodologije B-rep prikaz dela se transformiše u atributivni graf susednosti-aag, koji se može prikazati u računarskom obliku primenom trodimenzionalne matrice G=(N,A,T). N-skup čvorova (čvor je svaka površina na delu) A-skup veza-grana (povezanost dve površine) T-skup atributa dodeljenih vezama A -dve susedne površine prave konkavan ugao-atribut veze dobija oznaku 0 -dve susedne površine prave konveksan ugao-atribut veze dobija oznaku 1 Prikaz grafova susednosti za različite geometrijske oblike: Prikaz grafa susednosti za deo (X): 1. Izomorfizam podgrafova forme (TO) predstavljaju podgrafove AAG dela i prepoznavanje formi se svodi na pronalaženje podgrafova koji se mogu upariti sa obrascima iz baze. (Dugotrajan proces pretraživanja strukture AAG koji je procesorski veoma zahtevan) 2. Izomorfizam grafova/deljenje grafova Izdvajanje formi se vrši rasturanjem AAG u čvorovima koji imaju sve susedne strane konveksne (sve grane imaju atribut 1). Na ovaj način se graf redukuje na nekoliko razdvojenih podgrafova, koji odgovaraju jednoj formi-to ili skupu formi-to (slika-podgrafovi grafa za deo sa prethodne slike) 12

13 Primer interakcije formi sa zajedničkim ivicama: Primer formi sa zajedničkim površinama: Metodologija zasnovana na matričnoj interpretaciji grafova susednosti 3D objekti se mogu matematički predstaviti preko 2D matrica. Odnosno, matrična forma AAG se naziva AAM. Na slici levo je prikazana matrica susednosti AAM za deo (X) sa prethodnog slajda, za koji je desno prokazan graf susednosti AAG. Relacije se definišu sledećim atributima: 0 - ne postoji relacija susednosti između površi 7 dve ravne površi čine konveksan ugao (270 ) 4 dve površine čine konkavan ugao (90 ) 1 ravna i kriva površ čine konkavan ugao (90 ) 2 ravna i kriva površ čine konveksan ugao (270 ) 6 dve ravne površi čine konveksan ugao (ugao različit od 270 ) Na slici su prikazani primeri matrica susednosti za razne forme-oblike. 13

14 Algoritam za prepoznavanje TO-formi iz matrice susednosti ima sledeće korake: Izdvajanje geometrijskih entiteta iz solid modela (čvorova-strana) Predstavljanje geometrijskih i topoloških svojstava pomoću AAM (dodeljivanje relacija) Brisanje svih zajedničkih površi, odnosno vrsta i kolona koje sadrže samo 7 i 2 Reorganizacija matrice kroz grupisanje elemenata 4 i 1 oko dijagonale matrice, slika Prepoznavanje prostih TO-formi, koje sadrže samo 4 i 1, kao i kombinovanih formi koje pored 4 i 1 sadrže i 7 i 2. (prepoznavanje može da se izvrši primenom VNM) Ako su ulazni oblici pravilno prepoznati daje se izlaz i interpretacija rezultata, a ako ima neprepoznatih formi uvode se nove definicije formi. Posle prepoznavanja formi neophodno je dodeliti relevantne karakteristike kao što su mere, tolerancije, površinske hrapavosti, i dr. (može i interaktivni interfejs) Reorganizovana matrica susednosti Model opisa strukture dela pomoću frejmova. 14

15 Primena metoda veštačke inteligencije u razvoju CAPP sistema Veštačka inteligencija (VI) kao naučna disciplina se odnosi na razvoj inteligentnih računarskih sistema, koji imaju karakteristike povezane sa inteligentnim ponašanjem čoveka, kao što su razumevanje, učenje, razmišljanje, rešavanje problema, i dr. U razvoju i primeni CAPP sistema i njihovoj integraciji sa drugim aktivnostima proizvodnog sistema značajnu primenu imaju metode veštačke inteligencije, koje se u osnovi odnose na koncept inženjerstva znanja. Pod konceptom inženjerstva znanja podrazumevamo sledeće zadatke: akviziciju znanja, predstavljanje znanja, izvođenje zaključaka i transfer znanja do korisnika. Znanje je ključni činilac u odlučivanju, upravljanju i uopšte rešavanju problema. Akvizicija znanja je jedna od formi mašinskog učenja i predstavlja sposobnost sistema VI za sticanje i razvoj novog znanja ili unapređenje postojećeg znanja posredstvom ulaznih podataka i informacija koje zadaje i unosi čovek. Predstavljanje znanja se vrši preko činjenica, pravila i hipoteza. Znanje, odnosno činjenice, pravila i hipoteze se mogu odnositi na objekte, događaje, relacije i procedure, odnosno postupke. Tehnike koje se najviše koriste za predstavljanje baze znanja, odnosno logike za donošenje odluka u okviru pojedinih aktivnosti CAPP sistemima su: matematička logika (račun iskaza i račun predikta), produkcioni sistemi, semantičke mreže, frejmovi i objektni način predstavljanja znanja. Izvođenje zaključaka se najčešće vrši na bazi pravila koja sadrže istinitu vrednost i odgovarajuću logičku zavisnost sa zaključkom. U teoriji odlučivanja primenjuju se tri osnovna tipa zaključivanja deduktivni, induktivno i na bazi analogije. Kada se govori o zaključivanju veoma često se misli na inteligentno zaključivanje i optimizaciju rešenja problema (multikriterijumski, nelinearni, diskretni i fuzzy). Ekspertni sistemi ES je inteligentni računarski program koji se koristi znanjima i procedurama zaključivanja radi rešavanja problema koji su dovoljno teški da njihovo rešenje zahteva stručnu ekspertizu. ES podrazumeva uspostavljanje unutar računara deo veštine nekog eksperta koji bazira na znanju i u takvom je obliku da sistem (računar) može da ponudi inteligentan savet ili da preuzme inteligentnu odluku u funkciji koja je u postupku. Razvoj ekspertnih sistema je baziran na znanju eksperata ili stručnjaka iz određene oblasti, koje treba prikupiti i predstavi u pogodnom obliku za računarsku implementaciju, što je najčešće zadatak koji realizuju inženjeri znanja. Zatim to znanje treba da se implementira kroz odgovarajući programski ekspertni sistem. Osnovna struktura i učesnici u razvoju ekspertnih sistema 15

16 Arhitekturaktura ekspertnih sistema Tri osnovne komponente koje sadrže svi ES su Baze znanja (knowledge base), Mehanizmi zaključivanja (inference machine), i Korisnički interfejs. Baza znanja iz određene oblasti sastoji se od činjenica i heuristike, relacija između njih i metoda za rešavanje problema. Podsistem obrazlaganja, pona{ anja i zaklju~ivanja Korisni~ki spre` ni podsistem Mehanizam zaključivanja (inference machine) je deo ES koji uključuje strategije zaključivanja i kontrole za manipulisanje znanjem radi dolaženja do novih informacija i znanja, uz istovremeno rešavanje konfliktnih situacija. Korisnički interfejs prihvata informacije koje zadaje korisnik i prevodi ih u oblik razumljiv za sistem, kao i obrnuto. Podsistem za obrazlaganje ponašanja i zaključaka vrši identifikovanje koraka u procesu rezonovanja i proveru njihove ispravnosti. (U postojećim ES ova komponenta veoma često služi za izlistavanje pravila i proveru njihove sposobnosti). Podsistem za prikupljanje i ažuriranje omogućuje uvećanje i izmene u bazi znanja ES. Opšta struktura ekspertnog CAPP sistema Na slici je prikazan model opšte strukture ekspertnog CAPP sistema, koji pored navedenih elemenata obavezno poseduje integrisane baze podataka i znanja ili odgovarajuće baze podataka i znanja za proizvode i pojedine elemente projektovanja tehnoloških procesa, najčešće proizvodne resurse. Znanje potrebno za rešavanje zadataka projektovanja tehnoloških procesa je kontekstno zavisno i kontekstno nezavisno, predstavlja se objektima (deklarativno znanje) i produkcionim pravilima (proceduralno znanje) i kao takvo je smešteno u odgovarajuće baze znanja. Ova baza znanja se sastoji od različitih vrsta znanja, od znanja za tehnološko prepoznavanje, preko znanja za izbor pripremaka, mašina, alata, pribora, itd. U okviru posmatranog modela ekspertnog CAPP sistema, mehanizam zaključivanja vrši pretraživanje baza znanja i baza podataka, i upravlja čitavim tokom projektovanja tehnoloških procesa. 16

17 Način razvoja ekspertnih sistema PROGRAM=PODACI+ALGORITAM EKSPERTNI SISTEM=ZNANJE+ZAKLJUČIVANJE ZNANJE=ČINJENICE+MIŠLJENJE+HEURISTIKA OBRADA PODATAKA - PREZENTOVANJE I KORIŠĆENJE PODATAKA - ALGORITMI - HEURISTIKA INŽENJERING ZNANJA - PREZENTOVANJE I KORIŠĆENJE ZNANJA - PONAVLJANJE PROCESA - MEHANIZAM ZAKLJUČIVANJA - EFEKTIVNO MANIPULISANJE SA VELIKIM BAZAMA PODATAKA - EFEKTIVNO MANIPULISANJE SA VELIKIM BAZAMA ZNANJA Prednost ES iz ovog koncepta u odnosu na konvencionalne programe je u tome što u slučaju novog znanja nije potrebno programiranje, već samo proširenje baza znanja, koja najčešće nije sastavni deo programa. Faze razvoja ekspertnih sistema Razvoj ES podrazumeva izgradnju baze znanja sticanje ili akviziciju i unošenje znanja u sistem. Faza identifikacije - identifikuje se zadatak, izučava postojeće znanje. Faza konceptualizacije inženjer znanja postavlja koncept pristupa, kojima se definišu činjenice i hipoteze na kojima je zasnovan zadatak. Faza formalizacije znanje se dovodi u oblik pogodan za predstavljanje (u programu i ekspertnoj ljusci). Faza implementacije formirane strukture se prenose u računar i njen produkt je baza znanja. Faza testiranja ekspert uočava semantičke nepravilnosti a inženjer znanja nepravilnosti u realizaciji procedura Napomena: pogledati odgovarajuću vežbu 17

18 Neuronske mreže Neuronske mreže predstavljaju tipičan primer interdisciplinarne oblasti, koja je nastala kao rezultat spoja nekoliko različitih naučnih prilaza obrade signala, fizike, tehnike, neurobiologije i dr. Kada se govori o neuronskim mrežama prevashodno se misli na veštačke neuronske mreže (Artifical Neural Networks). Veštačke neuronske mreže predstavljaju skup jednostavnih procesirajućih elemenata neurona, međusobno povezanih u paralelnu distribuiranu strukturu, koja simulira funkciju bioloških nervnih sistema, odnosno vrši obradu informacija i učenje. Model veštačkog neurona Gde su: X i...n ulazni podaci W j...n težinski koeficijenti φ aktivaciona funkcija y izlazni podatak Matematički model neurona se sastoji iz dve jednačine: n ulaz w x izlaz( y) f ( ulaz) i 1 j i Kod veštačkog neurona sinapsa se karakteriše efikasnošću, koja se naziva težinski koeficijent W j (sinaptička težina). Izlaz neurona se formira na sledeći način: signali na dendritima se pomnože odgovarajućim težinskim koeficijentima, proizvodi se saberu u prenosnoj funkciji Σ i ako prelaze veličinu praga, na dobijenu vrednost se primeni aktivaciona funkcija neurona φ. Model neuronske mreže Neuronska mreža je sistem koji se sastoji od viže jednostavnih procesora (neurona), povezanih međusobnim vezama koje sadrže težinske koeficijente. Model neuronske mreže čine: Arhitektura ili topologija mreže, Prenosna funkcija neurona, Zakoni učenja, i Realizacija mreže. Arhitekturu, odnosno topologiju neuronske mreže predstavlja specifično uređenje i povezivanje neurona u obliku mreže. Neuronske mreže se međusobno razlikuju po broju neuronskih slojeva. Prvi sloj se naziva ulazni, a poslednji sloj je izlazni, dok se ostali slojevi između njih nazivaju skriveni slojevi. Obično svaki skriveni sloj prima ulaze od predhodnog sloja, a svoje izlaze šalje narednom sloju. Model neuronske mreže sa tri sloja 18

19 Gotovo svaka nelinearna funkcija može da se koristi kao prenosna funkcija, mada se za backpropagation algoritam najčešće koriste sigmoidne funkcije kao što su: logistička, arkustanges ili gausova funkcija. Danas se u neuronskim mrežama najviše koriste tri tipa prenosnih funkcija (slika): Odskočna Logička sa pragom Sigmoidna Učenje neuronskih mreža se svodi na učenje iz primera kojih bi trebalo da bude što je više moguće, da bi mreža mogla da se ponaša što preciznije u kasnijoj eksploataciji. Proces učenja dovodi do korigovanja sinaptičkih težina. Kada uzorci koji se predstavljaju mreži ne dovode više do promene ovih koeficijenata, smatra se da je mreža obučena. Postoje tri tipa obučavanja neuronskih mreža: Nadgledano obučavanje - mreži se predstavljaju ulazni podaci i očekivani izlazni podaci, Obučavanje ocenjivanjem - mreži se ne predstavljaju očekivani izlazni podaci nego joj se posle određenog perioda predstavlja ocena prethodnog rada, i Samoorganizacija - mreži se predstavljaju isključivo ulazni podaci. Nadgledano obučavanje Proces obučavanja neuronskih mreža započinje zadavanjem slučajnih vrednosti težinskih koeficijenata veza i dovođenjem oblika na ulazni sloj. Zatim se mreža aktivira i upoređuje se izlazni i zadati izlazni oblik. Obučavanje se vrši tako da se ažuriraju težinski koeficijenti sa ciljem da se u sledećoj iteraciji dobija izlaz koji je bliži zadatoj vrednosti. U trenutku kada se postigne zadovoljavajući rezultat sa jednim ulaznim oblikom, na ulaz se dovodi drugi, itd. Kada se završi sa svim oblicima iz obučavajućeg skupa, na ulaz mreže se dovodi ponovo prvi ulazni oblik. Ova se procedura nastavlja sve dotle dok se ne dođe do zadovoljavajućih rezultata za sve oblike iz obučavajućeg skupa. Jednom kada je obučavanje mreže završeno, težinski koeficijenti veza ostaju nepromenjeni. Tek sada kada je mreža obučena može se primeniti za predviđeni zadatak. Nenadgledano obučavanje Kod nenadgledanog obučavanja izlazna vrednost se ne upoređuje sa zadatom vrednošću. Ovom metodom mreža klasifikuje ulazne oblike u više grupa. Broj jedinica u izlaznom sloju odgovara broju različitih grupa to znači da u jednom datom trenutku postoji samo jedan aktivan izlaz. 19

20 Realizacija neuronske mreže Neuronska mreža može da se realizuje na dva načina: Hardverski i Softverski Kod hardverske realizacije veštački neuroni su fizički međusobno povezani i oponašaju veze između bioloških neurona. Neuroni se realizuju kao jednostavna integrisana kola. Kod softverske realizacije neuronske mreže se obično simuliraju na personalnim računarima, u kojima je veza između čvorova logička (virtuelna). Prednost hardverske realizacije je to što može da koristi mogućnost paralelnog procesiranja informacija ukoliko se svakom neuronu u mreži dodeli po jedan procesor. Prednost softverske realizacije neuronskih mreža na personalnom računaru je u tome što se lakše uspostavljaju i menjaju veze između pojedinih neurona u mreži. U praksi se softverska realizacija koristi za testiranje, a konkretna realizacija koja se primenjuje u praksi može biti realizovana i hardverski čime se dobija na brzini. Podela neuronskih mreža Neuronske mreže se mogu realizovati na veliki broj načina, pa stoga postoji veliki broj načina njihove klasifikacije. Osnovna klasifikacija neuronskih mreža se može izvršiti prema: Broju slojeva, Vrsti veza između neurona, Vrsti obučavanja neuronskih mreža, Prema smeru prostiranja informacija Prema vrsti podataka, itd. Jedna od najopštijih podela neuronskih mreža je prema broju slojeva, tako imamo: Jednoslojne Danas se uglavnom izučavaju i primenjuju višeslojne Višeslojne neuronske mreže koje pored ulaznih i izlaznih slojeva, sadrže neurone na srednjim (skrivenim) slojevima. Neuronske mreže se mogu podeliti prema vrstama veza odnosno arhitekturi na: Slojevite neuroni su raspoređeni tako da formiraju slojeve. Na ulazu jednog neurona se dovode izlazi svih neurona sa predhodnog sloja, a njegov izlaz se vodi na ulaze svih neurona na narednom sloju. Neuroni sa prvog (ulaznog) sloja imaju samo po jedan ulaz. Izlaz neurona sa zadnjeg (izlaznog) sloja predstavljaju izlaze mreže. Predstavnik: backpropagation algoritam. Potpuno povezane izlaz jednog neurona se vodi ka ulazu svih neurona u mreži. Predstavnik: Hopfildova neuronska mreža. Celularne međusobno su povezani samo susedni neuroni. Bez obzira na lokalnu povezanost, signali se prostiru i na neurone i van susedstva zbog indirektnog prostiranja informacija. Predstavnik: CNN Cellular Neural Network. 20

21 Podela neuronskih mreža prema vrsti obučavanja: Nadgledano obučavanje Supervised training Delimično nadgledano obučavanje Nenadgledano obučavanje Unsupervised training Prema vrsti podataka koje obrađuju neuronske mreže se mogu podeliti na: Analogne Diskretne Ova vrsta podele neuronskih mreža se retko koristi zato što su gotovo sve neuronske mreže diskretne. Prema smeru prostiranja informacija kroz mrežu neuronske mreže se mogu podeliti na: Feedforward (nerekurzivne, nerekurentne ili nepovratne) vrše prostiranje signala samo u jednom smeru (od ulaza prema izlazu) odnosno propagaciju signala. Predstavnici: Višeslojni perceptron sa primenjenim backpropagation algoritmom. Feedback (rekurzivne, rekurentne ili povratne) viši slojevi vraćaju informacije u niže slojeve. Izlaz iz neurona se vraća u niže slojeve ili u isti sloj. Predstavnici: Hopfildove, Cellularne, Kohonenove, dvostruko asocijativne neuronse mreže. Ove mreže imaju mnogo veće procesne sposobnosti u odnosu na feedforward mreže. Vrste neuronskih mreža 21

22 Prednosti, nedostaci i ograničenja neuronskih mreža Prednost neuronskih mreža je njihova sposobnost da uče, koja im daje prirodniji interfejs ka modeliranju realnog sveta, u odnosu na klasične sisteme koji moraju biti programirani. Neuronske mreže su u stanju da pronađu veze izmedu pojava koje izmiču ljudskom intelektualnom aparatu potpomognutom klasičnim softverskim alatima. Neuronske mreže imaju i mogućnost tolerancije nedostataka to znači da se mreža sastoji od više elemanata procesiranja, pa može da funkcioniše i ako dode do oštećenja dela mreže. Sposobne su da generalizuju, pa ako im se prezentuje nekompletan skup ulaznih podataka, mreža će ipak biti u stanju da dà izlaz. Neuronske mreže ne rade dobro ono što ni ljudi ne rade dobro. Nisu dobre za aritmetičke proračune i zadatke obrade podataka. Iako imaju odličnu moć predviđanja, imaju slabu sposobnost objašnjavanja. Na slici je prikazan dijagram zavisnosti moći predviđanja i objašnjavanja neuronskih mreža. Sa dijagrama se vidi da neuronske mreže odlično predviđaju, a slabo objašnjavaju što je potpuno suprotno od npr. stabla odlučivanja. Neuronska mreža ne može da objasni korisniku kako je došla do određenog rešenja. Današnji CAPP sistemi zasnovani na znanju, treba da obezbede i sposobnost učenja sistema, tako da se veštačke neuronske mreže koriste kao adekvatna računarska paradigma za njihov razvoj. Dakle, primenom neuronskih mreža CAPP sistemi mogu postati adaptivni i sposobni za učenje. Primena neuronskih mreža u proizvodnom mašinstvu posebno je izražena u oblasti modeliranja, upravljanja, klasifikacije i prepoznavanja skupova, grupisanja, procesiranja signala i optimizacije. Neuronske mreže se primenjuju u rešavanju različitih zadataka u okviru razvoja CAPP sistema i njihove integracije sa drugim CAx sistemima i aktivnostima poslovnog sistema. Neke od aktivnosti primene su u prepoznavanju tipskih tehnoloških oblika (feature), optimizaciji izbora zahvata i njihovog redosleda izvođenja, mašina, alata, pribora, parametara obrade, i dr. Optimizacija izbora mašina alatki preko neuronskih mreža Napomena: pogledati odgovarajuću vežbu Struktura neuronske mreže NN1 22

23 FAZIFIKACIJA DEFAZIFIKACIJA Fuzzy logika Postoje situacije u kojima nije moguće znanje o sistemu reprezentovati na apsolutno precizan način. Čak je više situacija u kojima moramo da koristimo neprecizne konstatacije. Na primer, «Marko je visok čovek», «Onaj automobil se približava jako velikom brzinom» su neprecizne rečenice a ipak ih svakodnevno koristimo. Da bismo bili u stanju reprezentovati znanje o ovakvim sistemima (a ima ih jako puno) moramo da se odreknemo klasične (binarne) logike u kojoj je nešto ili tačno ili netačno (crno ili belo) i da koristimo fuzzy logiku (sve je nijansa sive boje). Ulazi i izlazi mogu imati različite lingvističke nazive. Uobičajeno se promenjive nazivaju opisnim imenima, poput: nivo vode, priliv vode, ljudi srednjeg rasta, velike zarade, brzi automobili, mala rastojanja itd. Transformaciju ovakvih izraza u oblik matematičke predstave omogućava nam teorija fuzzy skupova. Lingvističke promenjive bi trebalo da imaju i lingvističke vrednosti. To mogu biti: negativno veliko, negativno srednje, negativno malo, blisko nuli, pozitivno veliko, dobro, otvori brzo i sl. Ovim vrednostima možemo da dodelimo i numeričku predstavu u cilju lakšeg i kraćeg obeležavanja. Tako, veći deo procesa odlučivanja u projektovanju tehnoloških procesa se odvija u okruženju gde ciljevi i ograničenja često nisu i ne mogu biti precizno definisani. Zbog toga se zahteva određena aproksimacija u cilju dobijanja kvalitetnog modela realnog sistema, u čemu značajnu ulogu imaju tehnike fuzzy teorije, odnosno fuzzy logike. Fuzzy upravljanje Za razliku od formalne logike u kojoj se rezonovanje vrši sa dve vrednosti (tačnonetačno,0-1), fuzzy logika koristi brojeve iz intervala [0,1], što je mnogo bliže realnosti, ljudskom razmišljanju i izražavanju. Fuzzy upravljanje obezbeđuje formalnu metodologiju za predstavljanje, manipulaciju i implementaciju ljudskog heurističkog predznanja o tome kako kontrolisati jedan, određeni sistem. Osnovni cilj fuzzy pristupa je da, umesto da jezikom matematike pokuša da reši problem upravljanja sistemom, omogući implementaciju inženjerskog iskustva o procesu u sam algoritam kontrolera. Fuzzy kontroler INTERFEJS Referentni ulaz r(t) Upravljanje u(t) PROCES Izlaz y(t) BAZA PRAVILA Opšta struktura fuzzy sistema Baza pravila - sadrži znanje o tome kako najbolje kontrolisati sistem, i to u formi skupa logičkih pavila (if then). Interfejs - je mehanizam za procenjivanje koja kontrolna pravila su relevantna za trenutno stanje sistema i odlučuje logičkim sklopom kakav će biti upravljački signal, tj. ulaz u proces. Fazifikacija modifikuje signale ulaza tako da mogu biti pravilno protumačeni i upoređeni sa pravilima u bazi pravila. Crisp signal pretvara u adekvatan fuzzy oblik. Defazifikacija transformiše zaključak interfejsa u takav oblik signala, da ovaj može biti signal koji predstavlja ulaz u proces. Ovo je transoformacija fuzzy oblika u crisp oblik signala, koji je,,razumljiv procesu. 23

24 Funkcije pripadanja Funkcije pripadanja ilustruju prirodu lingvističkih vrednosti. Funkcija pripadanja predstavlja kontinualno merilo sigurnosti da li je naša promenljiva klasifikovana kao ta lingvistička vrednost. Ova funkcija određuje stepen pripadanja nekog objekta datom fuzzy skupu. a) Konvencionalna funkcija pripadanja skupu visokih osoba b) Kontinualna funkcija pripadanja fuzzy skupu visokih osoba Ove funkcije mogu da imaju različite oblike. Kakva će biti funkcija zavisi od uslova i ponašanja sistema. Logički operateri kod Fuzzy brojeva Ukoliko postoji više uslova pravila, ukupno zadovoljenje uslova se računa preko operatora nad fuzzy funkcijama pripadnosti. Slično kao i kod klasičnih (crisp) skupova i kod fuzzy skupova su definisane operacije: unija(logički operator ili), presek (logički operator i) i negacija. Skup fuzzy brojeva 24

25 Primer: Određivanje vrednosti automobila a) Uz pomoć fazi logike kreirati model koji će određivati vrednost automobila na osnovu njegovih karakteristika: Potrošnja i Pouzdanost. b) Odrediti vrednost automobila koji ima sledeće karakteristike: Potrošnja 9l na 100 km Pouzdanost 8 kvarova na km Rešenje a)prvo se vrši definisanje Fuzzy vrednosti ulaznih promenljivih Potrošnja i Pouzdanost Zatim definišemo Fuzzy vrednost izlazne promenljive Vrednost Na kraju na osnovu inženjerskog znanja definišemo skup uzročno posledičnih pravila: Time je kreiran Fuzzy model za određivanje vrednosti vozila: Napomena: Svako od pravila se takođe može predstaviti i u obliku ako-onda pravila. Tako se drugo pravilo može interpretirati kao: AKO Potrošnja je Mala i Pouzdanost je Visoka ONDA Vrednost je Velika 25

26 b) Kada imamo definisane funkcije pripadnosti za ulazne i izlazne promenljive, i skup uzročno posledičnih pravila koja povezuju te promenljive možemo da odredimo vrednost izlazne promenljive za novo pojavljivanje. Znamo da automobil kome određujemo vrednost troši 9l na 100 km i da ima 8 kvarova na km. Sada uz pomoć pravila proporcije određujemo vrednost funkcije pripadnosti za obe promenljive. Potrošnja: Velika: 0 Srednja: (9-7)/(10-7) = 0.67 Mala : (10-9)/(10-3) =0.14 Pouzdanost: Visoka: (10-8)/(10-5) = 0.4 Niska: 0 Zatim prelazimo na proces zaključivanja na osnovu definisanih pravila. Prvo u tabeli uočavamo koja se pravila odnose na naše novo pojavljivanje (aktivirana pravila): Na osnovu pravila i vrednosti funkcija pripadnosti za ulazne promenljive, računamo vrednosti funkcije pripadnosti za sve dopuštene vrednosti izlazne promenljive. Iste se računaju kao ukupan nivo zadovoljenja pojedinačnih uslova pravila: Pravilo 2: Velika vrednost: 0.14 /\ 0.4 = 0.14 Pravilo 4: Srednja vrednost: 0.67 /\ 0.4 = 0.4 Konačno, dolazimo do faze defazifikacije gde lingvističke vrednosti promenljive Vrednost (velika i srednja) prevodimo u jednu preciznu (matematičku) vrednost koja zapravo predstavlja konačnu ocenu vrednosti novog pojavljivanja (u našem slučaju automobila). DFV Defazifikovana fazi vrednost MVi Koeficijent pripadnosti i-tom zaključku FMVi Reprezentativna vrednost i-tog zaključka (fuzzy skupa). Za S i Z oblike funkcije se uzima vrednost na granici sa potpunom pripadnošću skupu (μ=1), dok se za T oblik uzima središnja vrednost od svih sa potpunom pripadnošću skupu. N broj fuzzy zaključaka VREDNOST = (0.4* *40)/( )=25,185 26

27 Primer primene fuzzy logike kod definisanja tehnološkog procesa obrade Primer primene fuzzy logike prikazan je za određivanje fuzzy promenljive klasa kvaliteta, odnosno tolerancija. U literaturi je definisan ekomičan kvalitet površina za pojedine vrste obrade, kao što su: struganje, glodanje, cilindrično brušenje, ravno brušenje, honovanje, lepovanje, bušenje, proširivanje, razvrtanje. Funkcije pripadnosti fuzzy promenljivih kvaliteta obrađene površine, odnosno klasa tolerancija, za struganje, brušenje i honovanje lepovanje mogu se definisati na način kao što je to prikazano na slici. Funkcije pripadnosti klasa tolerancija za pojedine obrade Gde su: BR obrada brušenjem FS obrada finim struganjem GS obrada grubim struganjem HON obrada honovanjem LEP obrada lepovanjem Agent bazirane tehnologije Agenti predstavljaju softver koji ima sposobnosti da samostalno, bez intervencije korisnika, izvršava postavljeni zadatak i izveštava korisnika o završetku zadatka ili pojavi očekivanog događaja. Agent je računarski sistem, koji u interakciji sa okruženjem, ima sposobnost da fleksibilno i samostalno reaguje u skladu sa ciljevima koji su mu postavljeni. U ovoj definicija ističe se tri ključna zahteva: interakcija sa okruženjem, autonomnost i fleksibilnost. Interakcija sa okruženjem u ovom kontekstu znači da je agent sposoban da reaguje na ulaz dobijen iz okruženja i da može da izvodi akcije koje menjaju okruženje u kome agenti deluju. Autonomnost znači da je sistem u stanju da reaguje bez intervencije korisnika (ili drugih agenata), i da ima kontrolu nad sopstvenim akcijama. Takav sistem bi trebao da bude sposoban da uči iz iskustva. Bez obzira na oblast primene agenata, oni uvek imaju tri osnovna dela: Bazu znanja, koja sadrži podatke i domene znanja neophodne da agent uspešno obavlja svoje aktivnosti, Koordinacionu jedinicu, koja vrši kontrolu interakcije sa dugim agentima, uključujući interkomunikaciju, pregovore, koordinaciju i saradnju, i Jedinica za rešavanje problema, koja obuhvata nezavisno učenje, planiranje, rasuđivanje, donošenje odluka za izvršavanje određenih aktivnosti i zadataka. 27

28 Postoje različite vrste agenata u zavisnosti od : Ponašanja, reaktivni (reactive) i savetodavni (deliberative) agenti, Funkcionalnosti, interfejs (interface) i internet (internet) agenti, Mobilnosti, mobilni (mobile) i stacionarni (stationary) agenti, i Strukture, logički ili softverski i fizički ili hardverski agenti. Sistemi u kojima je upotrebljeno više agenata radi rešavanja zajedničkog problema nazivaju se multi agentni sistemi MAS (multy-agent system). U ovakvim sistemima neophodno je da agenti imaju mogućnost međusobne komunikacije (LAN, Internet, itd.) u cilju razmene iskustva ili pregovaranja i dobijanja optimalnog rešenja. Agenti koji se upotrebljavaju u multi agentnim sistemima mogu biti jednaki po karakteristikama ili se mogu razlikovati prema specijalnostima. Multi agentni sistemi su idealni za predstavljanje problema koji imaju više različitih metoda za rešavanje problema, višestruke perspektive i/ili višestruke entitete rešavanja problema. Omogućavaju izradu paralelnih računarskih sistema, pomažu pri radu sa vremenski ograničenim rezonovanjem i robusnim sistemima ako su odgovornosti podeljene. U sistemima izrađenim na ovaj način umesto da procesom upravlja jedan kompleksan agent, upravljanje se deliti na više agenata koji prema svojim specijalnostima preuzimaju nadležnost nad kontrolom složenog procesa. Upotrebom multi agentnih sistema se povećava bezbednost sistema u situacijama otkazivanja jednog od agenata, čitav sistem može biti automatski rekonstruisan ili zaustavljen na kontrolisan način. Prilikom projektovanja multi agentnih sistema potrebno je definisati broj agenata, kritičnu količinu vremena za obavljanje zadatka, dinamiku pristizanja ciljeva, troškove komunikacije, cenu neuspeha, uticaj korisnika, neodređenost okruženja. Na nivou svakog agenta potrebno je definisati: početna stanja u domenu, moguće akcije drugih agenata, izlazne akcije agenta. Sa povećanjem broja agenata koji sarađuju na rešavanju zajedničkog problema javljaju problemi kao što su Kooperativnost (dizajnirati agente tako da zajednički rade na zajedničkim ciljevima), Koordinacija (upravljati agentima tako da si izbegnu štetne interakcije a korisne interakcije iskoriste), Pregovaranje (dolaženje do dogovora koji su prihvatljivi svim objektima/agentima koji učestvuju u rešavanju problem). 28

29 Primer primene agent tehnologije u razvoju CAPP sistema Sistem CoCAPP (Cooperative Computer-Aided Process Planning), predstavlja primer CAPP sistema koji je zasnovan na kooperativnim agentima. U okviru ovog sistema agenti su zapravo ekspertni sistemi, sa sličnom osnovnom strukturom za čiji razvoj je korišćena ista ekspertna ljuska, koji se preko funkcionalnih adaptera prilagođavaju različitim zadacima koje imaju u sistemu. U sistemu postoje tri tipa agenata: D-agent, koji ima zadatak uvoza CAD modela (STEP format) i prosleđivanja B-agentu, kao i prezentaciju rešenja korisniku. B-agent, koji ima ulogu obezbeđivanja komunikacije između P-agenata, kroz četiri odvojena prostora podataka: problem, predlog, konflikt i rešenje. P-agent, koji sprovodi specifične zadatke u projektovanju tehnoloških procesa (tehnološko prepoznavanje, izbor mašina, alata, pribora, procenu troškova, itd.). Primena STEP standarda u razvoju CAPP sistema U cilju integracije i primene različitih inženjerskih i drugih znanja neophodno je obezbediti kvalitetnu razmenu podataka između pojedinih aktivnosti u okviru proizvodnih sistema, primenom računara. Od samih početaka primene računara u inženjerskim aktivnostima izvođenja i integracije različitih faza u procesu razvoja proizvoda javili su se određeni problemi, među kojima su najizraženiji: Neusklađenost između životnog ciklusa programskog sistema i podataka o proizvodu, Razmena podataka između različitih CAx modula (CAD, CAM, CAE, CAPP, CAQ, itd.), Razmena podataka između različitih proizvodno-poslovnih jedinica kao nosioca inženjerskog znanja, koji svoje poslove mogu obavljati primenom različitih programskih sistema. Prvi problem je prilično izražen kod inženjerskih programskih sistema, tako što se CAx sistemi menjaju svake 2 do 3 godine uvođenjem novih verzija postojećih programskih sistema, dok je životni vek proizvoda uglavnom mnogo duži. Drugi problem se može rešiti korišćenjem nekog od savremenih komercijalnih softverskih sistema koji integriše više CAx modula, kao što su CAD/CAM sistemi, CAD/CAE sistemi, CAD/CAM/CAE sistemi, itd. 29

30 Globalno gledano, navedeni problemi razmene i deljenja podataka o proizvodu, mogu se rešiti na sledeći način: Primenom istog CAx sistema tokom čitavog životnog cikusa proizvoda u svim etapama projektovanja, tako što će nove verzije CAx sistema podržavati stare, Projektovanjem translatora ili konvertora koji će međusobno prevoditi formate podataka CAx sistema različitih proizvođača, i Razvojem neutralnog formata za razmenu podataka između različitih CAx sistema. Na tržištu programskih sistema postoji veliki broj komercijalnih CAx sistema, zbog čega postoji mala verovatnoća da će različita preduzeća posedovati iste programske sisteme, što prvi način u današnjim uslovima globalizacije proizvodnog tržišta čini sve manje primenljivim. Drugi način se odnosi na povezivanje sistema kreiranjem translatora koji omogućuje konverziju podataka iz formata jednog CAx sistema u format drugog CAx sistema. Ovaj pristup je dao dobre rezultate kod povezivanja manjeg broja različitih CAx sistema, dok je neekonomičan za potrebe povezivanja većeg broja CAx sistema, usled potrebe razvoja velikog broja translatora. Treći način se odnosi na razvoj neutralne forme podataka koji mogu da čitaju svi CAx sistemi. Prednost trećeg načina nad drugim je ilustrovan na predstavljenoj slici, na kojoj se vidi koliko je manje translatora potrebno koristiti za razmenu podataka između n određenih programskih sistema, ukoliko postoji neutralni format za razmenu podataka (NDF). CAx sistem "A" CAx sistem "A" CAx sistem "F" CAx sistem "B" CAx sistem "F" CAx sistem "B" CAx sistem "E" CAx sistem "C" CAx sistem "E" CAx sistem "C" broj translatora n (n-1) CAx sistem "D" broj translatora 2n CAx sistem "D" Nagli razvoj računarske tehnike u sedamdesetim godinama prošlog veka doveo je do razvoja više različitih, uglavnom nacionalnih standarda za razmenu podataka. Tako se uz IGES, koji je razvijen u USA, pojavio i SET u Francuskoj, VDA-FS u Nemačkoj i mnogi drugi. Sredinom osamdesetih godina prošlog veka uočen je problem primene velikog broja standarda za razmenu podataka između CAx sistema. ICAM IGES 1 IGES 2 IGES 3 IGES 4 IGES 5 MIL-PRF-28000A CALS PDES XBF PDDI VDA-FS SET GMAP S T E P CAD*I VDA-PS CADLIB CADLIB2 30

31 Nedostaci prethodno navedenih pristupa i razvijenih standarda doveli su do toga da Međunarodna organizacija za standardizaciju ISO, pokrene godine projekat, sa sledećim ciljevima: Standardizacija mehanizama modeliranja informacija o proizvodu kroz ceo životni vek, nezavisno od sistema koji se primenjuje, Stvaranje jedinstvenog međunarodnog standarda koji će obuhvatiti sve aspekte razmene podata u CAD/CAPP/CAM području i drugim CAx područjima, Odvajanje opisa proizvoda od primene, tako da standard omogući, osim neutralnog zapisa podataka za razmenu, i osnovu za razvoj baze podataka o proizvodu, koja se dugoročno može čuvati, i Primenu ovog standarda u industriji, nasuprot nacionalnim standardima i specifikacijama. Na osnovu početnog koncepta, razvijen je kompleksan standard STEP ISO koji obezbeđuje celovitu podršku razvoju globalno integrisane proizvodnje, kroz: Razmenu podataka između različitih funkcija i odgovarajućih aplikacija proizvodnih sistema, kao i ostalih činilaca poslovnog okruženja, primenom standardnog neutralnog formata podataka, Deljenje podataka, što omogućuje podršku simultanom projektovanju i inženjerskoj analizi, Internet saradnju, što omogućuje da se proizvodni podaci mogu lako razmenjivani i deliti putem globalne mreže. Struktura STEP ISO standarda Digitalni podaci o proizvodu moraju sadržati dovoljno informacija koje se mogu upotrebiti za različite aktivnosti tokom celog životnog veka proizvoda. Da bi se ovo ostvarilo, STEP je od samog početka bio razvijen kao modularni standard koji sadrži veći broj delova (Parts), svrstanih u serije (Series). Na slici je prikazana osnovna struktura STEP ISO standarda. Metode za opis (Description Methods) Serija 10 Deo 1 Opšti pregled I osnovni principi (Overview and Fundamental Principles) Metode za primenu (Implementation Methods) Serija 20 Provera konfornosti (Conformance Testing) Serija 30 Informacioni modeli Osnovnu arhitekturu STEP standarda čini šest većih celina: Bazni resursi (Integrated Resources) Aplikacioni resursi Serija 100 (Application Resources) Opšti resursi Serija 40 (Generic Resources) Deljivi resursi Serija 500 (Application Integrated Resources) Aplikacioni protokoli Serija 200 (Application Protocols) Serije apstraktnih testova Serija 300 (Abstract Test Suites) Metode za opis, Metode za primenu, Informacioni modeli, koje zajedno čine Aplikacioni protokoli i Bazni resursi, Metodologije za proveru konformnosti, i Serije apstraktnih testova. 31

32 Aplikacioni protokoli predstavljaju najveći i možda najznačajniji deo STEP standarda, koji omogućuju formalan opis svih skupova aktivnosti koje se odvijaju u okviru životnog veka proizvoda, te sadrže informacione zahteve i formalne šeme za njihovo definisanje. U tabeli su dati najznačajniji AP za mašinsku i metaloprerađivačku industriju. Numeracija serije/dela Deo 201 Deo 202 Deo 203 Deo 204 Deo 205 Deo 206 Deo 207 Deo 208 Deo 209 Deo 213 Deo 214 Deo 219 Deo 223 Deo 224 Deo 229 Deo 232 Deo 233 Deo 238 Deo 239 Deo 240 Naziv serije/dela Eksplicitno crtanje Asocijativno crtanje Projektovanje mašinskih delova i sklopova sa upravljanjem konfiguracijom Mašinsko konstruisanje korišćenjem graničnog prikaza Mašinsko konstruisanje korišćenjem površinskog prikaza Mašinsko konstruisanje korišćenjem žičanog prikaza Planiranje i konstruisanje delova od lima Praćenje životnog ciklusa proizvoda Analiza i konstrukcija kompozitinih i metalnih struktura Projektovanje tehnoloških procesi za mašinske delove (zamenjen sa AP-240) Osnovni podaci za procese proizvodnje u auto industriji Upravljanje dimenzionalnom inspekcijom čvrstih delova i sklopova Konstrukcioni i proizvodni podaci za delove koji se proizvode livenjem Konstruisanje mašinskih delova za potrebe projektovanja TP pomoću TO (feature) Konstrukcioni i proizvodni podaci za delove koji se proizvode kovanjem Tehnički podaci za procese montaže, osnovne informacije i razmena Prikaz podataka sistemskog inženjerstva Aplikaciono interpretirani model za numerički upravljane jedinice Upravljanje životnim ciklusom proizvoda Projektovanje tehnoloških procesa za mašinske delove Primena STEP-a u integraciji CAD, CAPP i CAM sistema CAD Projektovanje proizvoda CAPP Projektovanje tehnoloških procesa CAM Projektovanje za proizvodnju Specifican CAD izlaz Specifican CAPP ulaz CAD/CAPP Translator podataka Specifican CAPP izlaz STEP BAZA PODATAKA Specifican CAM ulaz CAPP/CAM Translator podataka Konvencionalan način integracije CAD, CAPP i CAM sistema Neusaglašeno predstavljanje podataka Veliki broj međurezultata Složeno i obimno skladištenje podataka, itd. INTERFEJS ZA STANDARDIZOVANI PRISTUP STEP BAZAMA PODATAKA (SDAI) STEP APLIKACIONI PROTOKOLI (AP) Memorisanje-korišcenje-raspodela STEP bazirana integracija CAD, CAPP i CAM sistema CAD SISTEM CAPP SISTEM CAM SISTEM 32

33 U svetu je do sada postavljen veći broj različitih koncepta povezivanja CAx sistema u procesu projektovanja i proizvodnje proizvoda primenom STEP standarda. Na slici je prikazan koncept projektovanja i proizvodnje podržan STEP standardom, za proizvodnju proizvoda koja se realizuje procesima obrade skidanjem materijala. Koncept prikazuje integrisani proizvodni tok kroz određene korake, odnosno funkcije koje se izvode u pojedinim fazama toka i upotrebljene STEP standarde, odnosno odgovarajuće aplikacione protokole. Povezivanjem ovih standarda dobija se grupa STEP standarda za projektovanje i proizvodnju SMS (STEP Manufacturing Suite). Kontrola NU merna mašina Funkcije Ulazni podaci Standard STEP Generisanje proizvodnih podataka AP224 AP203 Makro projektovanje tehnolo ških procesa AP224 procesa AP240 AP-240/ AP-224 Tipski tehnološki oblici Mikro projektovanje tehnolo ških procesa i NC programiranje AP238 AP219 Izrada dela STEP-om podržano projektovanje i proizvodnja NC obradni sistem 3D Geometrijski podaci dela STEP AP203/214 Prepoznavanje tipskih tehnoloških oblika [Funkcija-1] [Funkcija-5] Kreiranje i editovanje baze podataka Baza podataka za tehnologije mašinske obrade, mašine, rezne alate, pribore Podaci o tipskim tehnološkim oblicima STEP AP224 Kreiranje Makro tehnoloških procesa [Funkcija-3] 1. Izbor mašine alatke za svaku operaciju 2. Definisanje pozicije pribora i nacina stezanja 3. Odredivanje tipskih tehn. oblika za svaku operaciju Generisanje Mikro tehnoloških procesa [Funkcija- 4] 1. Definisanje zahvata za svaki tipski tehnološki oblik 2. Definisanje operacionih podataka za svaki zahvat (Cutting tool, Technology, Machining_strategy, Finishing_allowance, Depth_of_cut, itd.) 3. Odredivanje redosleda zahvata za svaku operaciju [Funkcija-2] Pridruživanje tolerancija i osobina STEP CAPP (SCAPP)-primer CAPP sistema [Funkcija-6] Editovanje tehnološkog procesa Baza podataka za tehnološke procese STEP AP240 CAPP Generisanje NC Programa NC Program 33

34 Primena STEP-a u integraciji CAD/CAPP/CAM I CNC sistema Generisanje upravljačkih informacija CAPE čine sledeći CAx sistemi: Mesto CAPE sistema u CIM-u CAD sistemi, CAPP sistemi, CAM sistemi (generisanje upravljačkih informacija za CNC OS) CARC sistemi (programiranje rada robota i manipulatora) CATS sistemi (programiranje rada AGV, konvejera, i dr. transportih sredstava, CAT sistemi (programiranje rada mernih sistema) CAA sistemi (programiranje rada montažnih sistema) Osnovne funkcije CAM sistema su: Model procesa programiranja Generisanje obradnog modela, Generisanje i optimizacija putanje alata, Simulacija i vizuelizacija procesa obrade, Generisanje upravljačkog programa, Proračun vremena obrade, Generisanje dokumentacije, itd. STEP-NC Osnovni nedostaci primene ISO-6983: Jezik programiranja niskog nivoa, orijentisan na programiranje lokacije kretanja alata duž osa mašine, Javlja se semantička višeznačnost, Specifične ekstenzije proizvođača upravljačkih jedinica, što inicira postojanje velikog broja postprocesora, Podržava samo jednosmeran tok informacija od projektovanja do proizvodnje, Veoma teško upravljanje i promena upravljačkih programa, Otežana primena u oblasti složenih površina, visoko brzinske obrade i 5 ili više osnog upravljanja, itd. Prednosti primene STEP-NC: Tok informacija primenom ISO-6983 i STEP-NC Uzrok STEP-NC podaci su istovremeno i dokumenti Lakše definisanje tehnološkog procesa jer se operacije neće projektovati u detalje Upotreba visokobrzinske obrade, 5-o ili više osne obrade, ugrađivanje inteligentne optimizacije u upravljačke jed. Posledica 75% redukcija broja crteža poslatih od CAD-a ka CAM-u 35% redukcija CAPP/CAM projektovanja tehnoloških procesa 50% redukcija vremena mašinske obrade Kvalitetnije informacije za proizvodnju koje su zasnovane na zadacima obrade TTO, Obezbeđenje potpunih i strukturnih podataka, što utiče na nemogućnost gubitaka informacija, Dvosmeran tok informacija između projektovanja i proizvodnje, Gubi se potreba za postprocesorima specifičnih upravljačkih jedinica, Korisnički orijentisan interfejs za upravljanje obradnim sistemima, Omogućuje se primena koncepta e-proizvodnje, odnosno prenos i upravljanje podacima putem Interneta, Postiže se visoka proizvodna efikasnost, prema tabeli 34

35 ISO je podeljen na više delova, gde deo 10 definiše opšte procesne informacije, delovi 11, 12, 13,... tehnološki-specifične informacije, dok delovi 111, 121, 131,...alate za pojedine tehnologije, glodanja, struganja, EDM, itd., slika ISO definiše procesne podatke koji su potrebni za NC programiranje koji su zajednički za različite tehnologije obrade. Elementi podataka ovog dela standarda opisuju interfejs između CNC i programskih sistema (npr. CAPP, CAM...). Ovi programi obuhvataju geometrijske i tehnološke informacije i mogu se generisati upotrebom ISO dela 10 zajedno sa delom za specifičnu tehnologiju (npr. ISO ) i delom za odgovarajuće alate (npr. ISO ). ISO (STEP) EXPRESS-G šema definisana u ISO sadrži informacije koje su podeljene na: opis zadatka (task description), opis tehnologije (technology description), opis alata (tool description) i opis geometrije (geometry description). STEP AP 203 Geometrija i topologija ISO povezan STEP AP 224 Tipski tehnološki oblici koristi tipke tehnološke oblike STEP deo 21 Sintaksa za opis podataka koristi Deo 10: OPŠTI PODACI O PROCESU STEP deo 11 EXPRESS jezik koristi Deo 11 Glodanje/ bušenje Deo 12 Struganje Deo 13 EDM žicanom elektrodom Deo 14 EDM punom elektrodom Deo 1x Druge tehnologije Deo 111 Alati za glodanje/ bušenje Deo 121 Alati za struganje Deo 131 Alati za EDM Deo 1xx Alati za druge tehnologije A. Opis zadatka B. Opis tehnologije project program_structure workplan parallel executable if_statement while_statement assignment nc_function... workingstep workpiece touch_probing... rapid_movement return_home machining_workingstep manufacturing_feature region transition_feature... two5d_manufacturing_feature machining_tool replicate_feature machining_feature planar_face pocket step slot C. Opis alata cutting_tool tool_body bounded_geometry round_hole general_outside_profile open_pocket closed_pocket cutting_component toolpath_list toolpath parameterased_path trajectory feedstop approach_lift connector cutter_location_trajectory cutter_contact_trajectory axis_trajectory toolpath_speed_profile toolpath_speed machining_operation identifier label text milling_type_operation length_measure... two5d_milling_operation plane_milling side_milling freeform_operation drilling_type_operation... bounded_curve... plane_angle_measure... machining_strategy plane_rough_milling plane_finish_milling side_rough_milling side_finish_milling bottom_and_side_milling two5d_milling_strategy unidirectional bidirectional contour_parallel bidirectional_contour contour_bidirectional contour_spiral center_milling explicit freeform_strategy drilling_type_strategy bottom_and_side_rough_milling bottom_and_side_finish_milling approach_retract_strategy plunge_strategy... air_strategy... along_path D. Opis geometrije b_spline_curve bounded_surface advanced_face... block right_circular_cylinder Express-G šema ISO advanced_brep_shape_representation 1 1 (ABS) Workingstep Machining_workingstep (ABS) Milling_type_operation 1 Rapid_movement Touch_probing approach retract (ABS) Two5D_milling_operation (ABS) Plane_milling (ABS) Side_milling (ABS)Bottom_and_side_milling Freeform_operation (ABS) 2,5 D strategija glodanja its_feature its_operation approach_retract_strategy 1 Unidirection (ABS) Machining_operation 1 its_machining_strategy its_machining_strategy Plane_rough_milling Plane_finish_milling Side_rough_milling Side_finish_milling Manufacturing_feature Two5D_milling_strategy Bottom_and_side_rough_milling Bottom_and_side_finish_milling Freeform_strategy 1 its_machine_functions its_technology its_tool its_machining_strategy (ABS) Drilling_type_operation (ABS) Drilling_operation (ABS) Boring_operation Back_boring Tapping Thread_drilling 1 1 Machine_functions Technology Cutting_tool Drilling_type_strategy Deo Express-G šeme ISO ,11 sa machining_operation za glodanje I bušenje Drilling Center_drilling Counter_sinking Multistep_drilling Boring Reaming geometry workpiece workplan Bidirection S[0:?] L[0:?] geometry machining_feature machining_workingstep Contour_parallel 1 L[0:?] Bidirectional_contour pocket plane hole region machining_operation 1 L[0:?] Contour_bidirection plane_milling side_milling drilling tool Contour_spiral geometry toolpath technology Center_milling 1 strategy Explicit cutter_contact_trajectory cutter_location_trajectory parameterised_path Express-G šema ISO Izvod iz strategije mašinske obrade 35

36 Strukturu datoteke ISO čine dve osnovne celine kao i datoteke ISO dela 21: Zaglavlje (header) za informacije koje su neophodne za identifikaciju datoteke tj generalne informacije. Sekcija sa podacima (data section) koja sadrži sve informacije vezane za proizvodne zadatke i geometriju. 1. Zaglavlje Svako zaglavlje treba da sadrži : Opis datoteke (file_description) Naziv Datoteke (file_name) Oznaka EXPRESS šeme za primenjeni AP238 ili ISO (file_schema) Pored ovoga u zaglavlju se još navode i vreme nastanka datoteke, ime autora, ime institucije i dr. Zaglavlje Sekcija sa podacima Opis tehnoloških podataka: zahvata, alata, strategije... B Opis tehnologije (Technology description) 2. Sekcija sa podacima Sadržaj sekcije sa podacima je podeljen na sledeće delove: tehnološki proces (project) operacije izrade (workplan and executable) opis tehnologije obrade (technology description) opis geometrije (geometry description). Osnovne informacije (General Information) Tehnološki proces (Project) Izvršenje sekvenciranih zadataka A Operacije obrade (Workplan and Executable) Korisnicki graficki interfejs Opisivanje geometrijskih podataka C Opis geometrije (Geometry description) Svaku pojavu u okviru STEP-NC datoteke, na jedinstven način identifikuje celobrojna vrednost. Za zapisivanje pojava najčešće se koristi interno mapiranje (internal mapping), koje zahteva da se iza oznake entitetskog tipa navodi lista atributa, koji su postavljeni po hijerarhijskom principu. Tako na primer na slici je prikazana šematska entitetsko-indeksna mapa programske strukture STEP-NC, gde je kao primer uzet jedan proizvod kod koga se jedna operacija obrade odnosi na glodanje/bušenje. U posmatranom primeru tehnološki proces (project) se sadrži iz dve operacije (workplan #10,#11). U okviru operacije #10 imamo pododperaciju obrade (machining_workingstep #20) u okviru koje se vrši zahvat obrade (machining_operation #22) tipskog tehnološkog oblika-otvora ф20h12 (manufacturing_feature #21). Zahvat obrade (machining_operation #22) se definiše tako što se definišu moduli alata - spiralna burgija (milling_cuting_tool #25), parametri obrade (milling_technology #27), mašinske funkcije (milling_machine_function #29), kao i strategije mašinske obrade (machining_strategy #31). HEADER: File description(('primer NC programa za obradu glodanjem'),1'); File_name('Primer1.STP',$,' ',('ISO14649'),'LUKIĆ','FTN','SCG'); project File_schema(('Machining_schema','Milling_schema')); ENDSEC DATA: #1=Project (Workplan#10); #10=Workplan (#20,#35,#71,...);.. #12=Workpiece(...);.. #20=Machining_workingstep(,#21(manufacturing_feature),#22(machining operation)); #21=Round hole ('Hole D=20 MM, #12(workpice), #22(machining operation)...); #22=Drilling (#25(milling_cuting_tool),..,#27(milling_technology),..., #29(milling_machine_functions,...,#31(drilling_type_strategy),...); #25=Milling_cuting_tool('Spiral drill 20MM'...); #27=Milling_technology(0.030,.TCP.,s,16.000,...); #29=Milling_machine_functions(...); #31=Drilling_type_strategy(...);.. #35=Machining_workingstep(...); ENDSEC END-ISO workplan.... workplan machining_workingstep machining_workingstep.... manufacturing_feature workpiece.... milling_cuting_tool milling_technology.... machining_workingstep.... machining_operation milling_machine_function.... machining_strategy

37 Tipovi STEP-om podržanih CNC obradnih sistema Konvencionalno upravljanje jednostavno koristi ISO za upravljanje preko postprocesiranja i prevođenja u ISO-6983, odnosno G-kod. U ovom slučaju konvencinalna upravljačka jedinica CNC obradnog sistema se upotrebljava bez modifikacije. Novo upravljanje, sadrži STEP-NC prevodioc (interpreter), pa se programirani zahvati obrade izvode pomoću CNC jezgra sa ugrađenom sposobnošću generisanja putanje alata. Ovo je osnovni tip, gde je kretanje izvršeno tačno prema redosledu i strategiji obrade, definisane u ISO programu. U suštini ovaj tip nema druge inteligentne funkcije osim sposobnosti generisanja putanje alata. Najveći deo STEP-NC prototipova koji su do sada razvijeni spada u ovu grupu. Konvencionalno upravljanje G-kod interpreter Post procesor Tehnološki proces Novo upravljanje Novo inteligentno upravljanje Inteligentne funkcije ISO Interpreter ISO Geometrija Tehnologija Alat Novo inteligentno upravljanje, kod koga su upravljačke jedinice obradnih sistema sposobne da izvrše zadatke procesa obrade "inteligentno" i "autonomno", bazirano na obimnim informacijama ISO standarda. Neke od inteligentnih funkcija ovog tipa su automatsko prepoznavanje tipskih tehnoloških oblika, automatizovani izbor alata, automatsko generisanje putanje alata, monitoring procesa obrade, izbegavanje kolizije alata, optimalni redosled izvršenja zahvata i operacija kroz primenu varijantnog modela projektovanja i optimizacije tehnoloških procesa, adaptivna kontrola, merenje na mašini, itd. Baze podataka I baze znanja kao elementi razvoja i integracije CAPP sistema Baze podataka i baze znanja, kao elementi sistema za automatizovano projektovanje tehnoloških procesa, imaju značajnu ulogu u njegovom funkcionisanju i integraciji komponenata. Korisnici Integrisana baza podataka Upravljacki modul Integrisana baza znanja Komunikacioni kanal CAD modul Modul za izbor tehnoloških procesa Modul za izbor mašina alatki Modul za izbor pripremka Modul za izbor sistema alata Modul za izbor pribora Modul za izbor parametara obrade Modul za generisanje NC koda Modul za izbor merila CAM modul CAPP 37

38 Eksperimentalna rešenja primene STEP-NC Varijanta 1- Scenario 1 U cilju realizacije ove varijante, potrebno je preuzeti neki od izvornih modela (STEP-NC programa) sa sajta Po preuzimanju ovog modela potrebno je izvršiti učitavanje STEP-NC programa u softver STEP-NC Machine. Po učitavanju ovog programa u STEP-NC Machine, vrši se analiza primenjene tehnologije obrade pomenutnog primera, u okviru čega se vrši analiza definisanog pripremka, plana obrade, plana stezanja, analiza primenjenih alata, pribora, kao i simulacija obrade na raspoloživim mašinama alatkama koje su dostupne u bazi podataka pomenutog softvera. Svi dosadašnji koraci se mogu odraditi u licenciranoj, kao i u probnoj verziji softvera STEP-NC Machine. Kod probne verzije se ne može dobiti izlazni kod, tako da se ne može izvršiti fizička obrada na nekoj od mašina alatki. Za razliku od probne verzije softvera, u licenciranoj verziji, pometuti STEP-NC program se može izvesti kao APT datoteka, može da se generiše G-kod za neku upravljačku jedinicu koja se nalazi u bazi podataka softvera ili da se izveze direktno na upravljačku jedinicu koja podržava STEP-NC model podataka (pojedine upravljačke jedinice novije generacije). U slučaju da ne postoji ovakva mašina sa upravljačkom jedinicom novije generacije i da u bazi podataka softvera nema postprocesora za određenu upravljačku jedinicu, može se izvršiti izvoz programa kroz APT datoteku. Kada se program izveze kao APT datoteka, ona se potom može učitati u neki CAD/CAM sistem (u našem slučaju Pro/Engineer). Po učitavanju APT datoteke u Pro/Engineer, u okviru modula za obradu (eng. Manufacturing) može da se izvrši simulacija obrade, sa definisanim pripremkom i obradkom, definisanim alatima, priborima, strategijom obrade, itd. Takođe se u okviru Pro/Engineer-a može izvršiti i provera putanje alata opcijom NC-Check ili Vericut. Nakon simulacije i provere može se izvršiti postprocesiranje za određenu upravljačku jedinicu mašine alatke, i dobiti odgovarajući upravljački program - G-kod. Na kraju se može izvršiti obrada dela na konkretnoj CNC mašini alatki. 38

39 Varijanta 2- Scenario 2 Ulaz u sistem predstavlja model proizvoda iz nekog CAD/CAM sistema (npr. iz Pro/Engineer-a). Nakon definisanja modela proizvoda, u okviru Pro/Engineer-ovog modula za obradu (eng. Manufacturing) vrši se projektovanje tehnološkog procesa, tj. definiše se pripremak, plan obrade, plan alata, plan stezanja, parametri i strategija obrade. Takođe se može izvršiti i simulacija procesa obrade, kao i provera putanje alata u modulu NC-Check i Vericut. Nakon potpunog definisanja tehnološkog procesa i provere putanje alata, vrši se generisanje CL datoteke. Kada se generiše CL datoteka, vrši se čuvanje pomenutog modela sa ekstenzijom.stp (STEP datoteka), u kojoj se memorisani podaci o obratku, pripremku, alatu, priboru, itd. Sledeći korak se odnosi na pokretanje softvera STEP-NC Machine, gde se prvo vrši učitavanje STEP datoteka sa podacima o obratku, pripremku, alatu, priboru,, a potom i memorisane CL datoteke. Naredni korak predstavlja analiza i provera programa, pri čemu se vrši analiza pripremka, plana obrade, plana stezanja, putanje alata. Nakon toga se vrši testiranje programa i simulacija procesa obrade u STEP-NC Machine. Po završetku testiranja programa i simulacije, program se može izvesti (eksportovati) u različite formate. Kao izlaz iz softvera mogu se odabrati dva načina. Jedan način predstavlja generisanje izlaznog APT i G-koda, gde se program šalje na obradu na odgovarajućim mašinama alatkama. Drugi način predstavlja direktno slanje programa ka upravljačkim jedinicama koje podržavaju STEP-NC, tj. upravljačkim jedinicama novijih generacija. 39