О концепции создания интеллектуальных производственных систем на основе конструкторско-технологических элементов (КТЭ)

Содержание

1. Современное состояние САПР в мире.
2. Появление интеллектуальных систем (ИС) – логика развития человеческой цивилизации в целом и машиностроения в частности
3. Интеллектуальные web сервисы и производство
4. Описание концепции создания интеллектуальных производственных систем на основе конструкторско-технологических элементов (КТЭ)
5. Состояние и перспективы использования ИС, как веб-сервисов, для отечественного и мирового машиностроения

1 Современное состояние САПР в мире.

Сегодняшнее состояние САПР в мире можно охарактеризовать коротко как застой.
Об этом указывают низкие темпы роста продаж основных поставщиков CAD\CAM\CAE\PDM систем и мнение экспертов и аналитических компаний.

“По оценке аналитиков этот рынок близок к насыщению. Практически все западные конструкторские и промышленные предприятия обзавелись теми или иными средствами автоматизации проектирования. И хотя переход с двумерных САПР на трехмерные еще не завершился, эксперты не видят серьезных причин, которые могли бы побудить пользователей покупать новые инструменты.” 
Статья “2003: рынок САПР”
PC WEEK/RE N2 от 27.01.2004г.

Практически то же самое, можно прочитать и в статье “Рынок САПР: что нового?”
Елена Гореткина
PC WEEK/RE N2 от 25.01.2005г.

На протяжении всей истории САПР, импульс этому рынку и появлению новых фирм придавали новые идеи и решения, такие как  переход на ПК, переход на Windows, параметризация, 3D проектирование. Сегодня таких решений нет. Концепция PLM не оправдывает возложенных на нее надежд. В области создания технологических систем подготовки управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ ситуация еще хуже. Здесь застой наблюдается с 1999г. И не значительное оживление в прошлом году, связано не с появлением новых решений у разработчиков, а с общим подъемом мировой экономики.

2 Появление интеллектуальных систем (ИС) – логика развития человеческой цивилизации в целом и машиностроения в частности

С каждым годом мир развивается и соответственно усложняется. Как утверждают ученые удвоение знаний, происходит каждые 5 лет, а 1% прироста ВВП, увеличивает на 20% информационные потоки. Все больше появляются инженерных систем, где управление и принятие решений доверено автоматике и все больше катастроф и аварий, где причиной служит “человеческий фактор”. Становятся привычными беспилотные самолеты и даже уже автомобили, шахматные программы, выигрывающие у чемпионов мира и т.д.
Ситуация на рынке САПР так же настойчиво требует появления интеллектуальных систем, способных заменять инженера и выполнять его функции. На западе эти направления получили названия Knowledge Based Engineering (KBE) и Knowledge Based Machining (KBM), или Интеллектуальная Механическая Обработка (ИМО). В первом случае для конструкторской деятельности, во второй для технологической.
Такие западные системы подготовки УП для станков с ЧПУ, как FeatureCAM и CAMWorks, уже значительно решают технологические задачи и служат не просто инструментом технолога, но и пытаются принимать решения по стратегии обработки той или иной детали. Однако о полной замене человека в этой сфере пока говорить еще рано.
Причины здесь в том, что для реализации такой системы нужны:
1) достаточно глубокие знания не только программиста, но и технолога-машиностроителя
2) достаточно длительное время и условия для работы над такой системой
3) и самое главное КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ-АВТОМАТОВ НА ОСНОВЕ КТЭ.

3 Интеллектуальные web сервисы и производство

Развитие Сети Интернет идет постоянно. Скорости доступа постоянно увеличиваются. И вот уже становится реальностью скорость беспроводного доступа 74 Мбит, по технологии WiMAX, а инструментарий для создания сайтов в сети позволяет размещать программы, взаимодействующие с пользователем прямо на сайте. В области САПР это неминуемо приведет к тому, что САПР будет не продаваться предприятиям, как товар, а предлагаться как услуга, т.е. САПР по запросу. Это намного более привлекательная форма взаимодействия, как для потребителя услуг САПР, так и для поставщика. Для потребителя (предприятия) это будет означать, что он будет оплачивать лишь фактически затраченное время или трафик по взаимодействию с САПР и значительно экономить свои средства. Для поставщика (фирмы-разработчика САПР), это решение вопроса о не легальном копировании, устранение промежуточных звеньев в цепочке от разработчика до потребителя, изменение ценовой политики и завоевания конкурентного преимущества. Ведь в принципе фирма, предоставляющая услуги САПР, как веб-сервис, может иметь доход и от рекламодателей.  Такие системы у ведущих поставщиков САПР в мире уже появились. Но это сулит огромные проблемы с точки зрения безопасности страны. Трудно представить, чтобы для того чтобы провести конструкторско-технологическую подготовку производства по выпуску нового изделия оборонного  характера, предприятию, необходимо будет обращаться на сервер западной фирмы. Кроме того, появление таких ИС ведет к не предсказуемым последствиям на рынке, т.к. они отвечают характеристикам так называемых “приложений-убийц”, которые
ведут к коренному изменению ситуации на рынке и даже к перекройке экономической карты планеты. См. “Будущее информационной революции: угрозы и вызовы” PC WEEK/RE N43 от 18.11.2003г.

4 Описание концепции создания интеллектуальных производственных систем на основе конструкторско-технологических элементов (КТЭ)

Как уже было сказано, появление интеллектуальных систем в машиностроении неизбежно. Но это сопряжено с большими трудностями. И, прежде всего с отсутствием понимания у разработчиков как их создавать. Даже если вы прекрасно знаете производство и владеете системами программирования, вероятность того, что вам удастся сделать, такую систему очень мала, т.к. отсутствует теория построения таких систем. Существующие подходы типовой технологии и групповой годятся только для автоматизации массового и крупносерийного производства и не позволяют предприятиям быстро реагировать на требования рынка. Сегодня единственным правильным подходом в мире для создания интеллектуальных технологических систем выбран подход  КТЭ или
Features, как его называют на западе. На основании этого подхода уже создан ряд коммерческих систем, но полного автомата, системы заменяющей специалиста, так пока никому достичь, и не удалось. Причина в том, что никто не знает, как выделять эти КТЭ.
Есть очевидные и всем понятные отверстия гладкие, отверстия резьбовые, пазы, карманы и т.д., а вот дальше кто во что горазд. Причем комбинация этих простых очевидных КТЭ, ведет к новой технологии их обработки и астрономическому их количеству, что делает задачу создания интеллектуальных систем-автоматов практически не решаемой.
Мне в 1987г. удалось найти решение этой задачи. Я нашел тот признак на основании, которого можно выделить базовые КТЭ и их число не более 15.
Деталь, практически любой сложности, состоит из этих базовых КТЭ. А это значит, что на эту практически любой сложности деталь и само собой разумеется, и менее сложные, можно создать систему-автомат, которая за секунды, без участия человека, по данным содержащимся в конструкторском файле, будет готовить технологию обработки и комплект УП для станков с ЧПУ. Сама концепция позволяет создавать интеллектуальные системы-автоматы не только для подготовки операционной технологии для станков с ЧПУ на обработку плоских и объемных деталей, но и для подготовки маршрутной технологии, охватывающей все технологии современного производства.
Эту концепцию для машиностроения, можно сравнить по значимости с созданием Периодического закона Д.И. Менделеева в химии.
Почему же до сих пор не создана рабочая, коммерческая система? После создания этой концепции в 1987г. мне пришлось еще несколько лет потратить на ее проверку и добычу дополнительных знаний в машиностроении, а затем длительное время осваивать постоянно меняющиеся системы программирования, ну и не надо забывать, что кушать то хочется каждый день, а для этого надо зарабатывать деньги. Даже в лихие 90-е, когда все отечественное машиностроение “лежало”, я старался потихоньку продвигаться в этом направлении, когда удавалось выкроить время. Безусловно, сильный импульс по ускорению работ, могло бы дать внимание инвесторов, а лучше заинтересованность потенциальных заказчиков такой системы. Но до недавнего времени , все разговоры на эту тему воспринимались производственниками как фантастика. Но я рад отметить, что в последнее время, пока на уровне специалистов, внимание все же появляется, заменяя собой критику.
Ну и хотелось бы сказать, что обладание такой системой, дает сильнейшие преимущества, той стране, при участии которой она создана.

5 Состояние и перспективы использования ИС, как веб-сервисов, для отечественного и мирового машиностроения

Сегодня на сайте wwwturta.narod.ru уже можно посмотреть действующий прототип
интеллектуального веб-сервиса для технологов-машиностроителей, реализованный применительно к мобильным устройствам: КПК, коммуникаторам, смартфонам.
Насколько мне известно, это первый в мире прототип с такими характеристиками.
При интересе потенциальных заказчиков и тем более инвестициях появление рабочей, коммерческой программы для обработки плоских и не сложных корпусных деталей, это дело от полугода до года.
В свое время потенциал ПК не был вовремя должным образом оценен специалистами, что позволило таким компаниям как AutoDesk приобрести колоссальное финансовое могущество. Сегодня аналогичная ситуация складывается и с мобильными устройствами.
Соединение трех новейших технологий:
1) интеллектуальная механическая обработка,
2) веб-сервисы,
3) мобильные устройства,
открывает колоссальный рыночный потенциал!
Имеющимся на рынке системам САПР, сложно завоевать эту нишу, т.к. они изначально реализованы как инструмент технолога и работа с ними подразумевает высокую степень интерактивности, что накладывает ограничения на использовании их в качестве веб-сервисов. Кроме того, их размеры не позволяют их впихнуть в ограниченные рамки КПК и других мобильных устройств. Но ИС лишены таких недостатков. Взаимодействие с сервером здесь может быть сведено к минимуму: отослал данные, обработка на сервере, получение результата.
Если принять во внимание, что мировой рынок подготовки УП для станков с ЧПУ, сегодня оценивается в 1,25 млд. долларов США, то интеллектуальные системы, реализованные как веб-сервис,  способны увеличить его на порядок и довести ориентировочно за 10-15 лет до 10 млд. долларов США. Куда смотрят инвесторы?

Турта В.Г.
27.10.2006г.