RO127578A2 - Metodă de conducere holarhic-atributivă a sistemelor tehnologice, bazată pe învăţare online nesupervizată şi planificarea reactivă a procesului - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o metodă de conducere holarhic-atributivă a sistemelor tehnologice, bazată pe învăţare online nesupervizată şi planificarea reactivă a procesului, în scopul folosirii complete a capabilităţilor tehnologice ale sistemelor, cum ar fi puterea maximă, forţa maximă de aşchiere, domeniul de aşchiere stabil. Metoda conform invenţiei constă din: o primă etapă, în care procesul de prelucrare este discretizat într-un număr mare de cuante de proces, în scopul utilizării complete a capabilităţilor sistemului tehnologic, fiecărei cuante fiindu-i stabilite durata, valorile optime ale parametrilor procesului, în funcţie de valorile momentane şi locale ale caracteristicilor tehnologice, şi comenzile ce trebuie date sistemelor de acţionare, pe durata respectivei cuante de proces, astfel încât programul piesă este o planificare a succesiunii cuantelor de proces date, la intervale cunoscute de timp; a doua etapă, în care, în cadrul aceluiaşi lot, în scopul utilizării complete a capabilităţilor sistemului tehnologic, anumite constante ale algoritmului de planificare a succesiunii cuantelor de proces pot fi periodic reactualizate, ceea ce face ca şirul comenzilor date sistemelor de acţionare să fie, de asemenea, reactualizat; şi a treia etapă, în care discretizarea procesului de prelucrare în cuante de proces, în scopul diminuării timpului de calcul, se face prin modelarea ansamblului cuantelor de proces ca o populaţie holonică, înzestrată cu reguli de evoluţie, operaţii, legi instinct şi sistem de cunoştinţe, care astfel devine o structură operaţională evolutivă, a cărei evoluţie duce la soluţia optimală a problemei cua

Description

Metoda de conducere holarhic-atributiva a sistemelor tehnologice, bazata pe invatare online nesupervizata si planificarea reactiva a procesului

Descrierea invenției

Invenția se refera la o metoda de conducere adaptiva, online, sub aspect tehnic si economic.. îi sistemelor tehnologice, in scopul folosirii complete a capabilitatilor lor tehnologice, cum ar fi de exemplu puterea maxima, forța maxima de aschiere, domeniul de aschiere stabila.

Este cunoscuta metoda de conducere offline, prin programare numerica, a sistemelor tehnologice, potrivit careia programul piesa este elaborat pe baza datelor cunoscute privind scula, semifabricatul, mașina si contextul economic, si este executat de către sistemul de comanda .rea.

Deasemenea sunt cunoscute metodele de conducere online, potrivit carora anumiti parametri ti procesului nu sunt programați prin programul piesa iar valorile lor sunt ajustate in cursul desfășurării procesului, astfel incat sa fie respectata o anumita relație intre aceștia. De exemplu, in loc de a programa o valoare constanta a avansului, valoarea acestuia se ajusteaza online, astfel incat Eu avans si adancimea de aschiere sa fie respectata o relație pentru care forța de aschiere aparține i i .·: ijmeniu dat. Un alt exemplu este acela in care turatia axului principal la strunjire se ajusteaza i- r ; astfel incat viteza de aschiere programata, coordonata X a vârfului cuțitului si turatia piesei < i m isfaca o anumita relație

Este curent folosita metoda de conducere dimensional adaptiva, care consta in modificat ea corecției de scula la piesa curenta, funcție de valoarea erorii de prelucrare, masurata la una sau mai multe mese precedente.

zXceste metode de conducere a sistemelor tehnologice au dezavantajul ca, pe parcursul unei fraze de comanda, parametrii procesului au valori constante, deși caracteristicile sistemului tehnologic, ic . j ;iv acelea care determina comportarea lui, se modifica in limite largi. De exemplu, limita de î ibi itate dinamica, forța maxima de aschiere, sau deformatia elastica a sistemului tehnologic se m Urnea in limite largi, in timp ce parametrii procesului, ajustați astfel incat sa asigure stabilitatea procesului, integritatea sistemului tehnologic si precizia pesei prelucrate raman constant!. In acest fei. resursele de prelucrabilitate ale sculei si sistemului tehnologic nu sunt complet utilizate

Problema tehnica pe care o rezolva prezenta invenție este aceea de a conduce sistemul tehnologic, astfel incat, in fiecare moment al operației de prelucrare, valorile parametrilor pi nesului sa fie ajustate, pentru a fi folosite complet capabilitatile de prelucrare ale sistemului I ( logic, corespunzătoare situației in care se afla sistemul tehnologic in acel moment

Metoda de conducere a sistemelor tehnologice, caracterizata prin aceea ca, a) in scopul uUm.irii complete a capabilitatilor sistemului tehnologic, deși acestea variaza de-a îjiigui traiectoriei sculei, procesul de prelucrare este discretizat intr-un număr mare de cuante de proces, fiecărei cuante fiindu-i stabilite durata, valorile optime ale parametrilor procesului, funcție de valorile momentane si locale ale caracteristicilor sistemului tehnologic, si comenzile ce trebuie date '.isteriilor de acționare, pe durata respectivei cuante de proces, astfel incat programul piesa este o pl xu doare a sucesiunii cuantelor de proces, date, la intervale cunoscute de timp, sistemelor de t:' o nare si prin aceea ca, b) in scopul utilizării complete a capabilitatilor sistemului tehnologic.

cestea se modifica la trecerea de la un exmplar de semifabricat la altul, in cadrul aceluiași l anumhe constante ale algoritmului de planificare a succesiunii cuantelor de proces pot fi periodic reactualizate, ceea ce face ca si șirul comenzilor date sistemelor de acționare sa fie reactualizat, pifefun si prin aceea ca, c) in scopul diminuării timpului de calcul, discretizarea procesului de (4 duc -.-are in cuante de proces se face prin modelarea ansamblului cuantelor de proces ca o I i rudtie holonica, înzestrata cu reguli de evoluție, operații, legi instict si sistem de cunoștințe, care sdevine o structura operaționala evolutiva, a cărei evoluție duce la soluția optimala a problemei î : ·anticarii procesului.

,. < r ujul metodei potrivit invenției este acela ca nivelul indicatorilor tehuico-economici a (?r icesului de prelucrare creste ca urmare a folosirii complete a tuturor capabilitatilor Tehnologice ;U M5ternului de prelucrare, chiar atunci când acestea sunt variabile in timp si in spațiu iar ;: u turisticile semifabricatului ' ariaza de la ur. exemplar la altul al lotului ce trebuie preh crai.

jjs se prezintă un e templu de aplicare a invenției la conducerea unei masiri mede i. i fgurabile, ia legătură cu. următoarele figuri: |^0FICIUL de stat pentru invenții și mărci

I Cerere de brevet de invenție 7

Nr ...£ fia

I ..........

j Data depozit.......Ί..·¹.:.·.?.:.· ?

C\-l 3 13-0 ' 737 - 1 îl -11- 20TO

Fig. 1 Schema principiala a noului sistem de conducere a mașinilor tehnologice(a) si schema ur ei ramuri a arborelui decizional al sistemului de conducere (b)

I .2 Modelul holarhic-atributiv general al unei mașini tehnologice

I 3 Modelul conceptual al holonului process-masina

I Structura holonului proces-masi ta

I g. 5 Modelul conceptual al holonului control operațional

F6 Integrarea modelului si a algoritmului in sistemul de conducere

Fig. 7 Schema conceptuală a conducerii bazată pe planificarea reactivă

Fig.8 Structura generică a unui modul

I ·.·. 9 Legea de control a vitezei: Xt - poziția comandata a modulului; Xc este poziția curentă a

II .< I Ίului și V este viteza de deplasare din poziția curentă in poziția de referință:

^! O Variabilele de control care se comandă modulelor

I ·. 11 Etapele parcurse de programator și schema simplificată a conducerii sistemului de prelucrare reconfigurabil

Fig. 12 Schema conceptuală a conducerii bazată pe planificarea reactivă a sistemelor de fabricație reconfigurabile

Fig. 13 Schema procesului de prelucrare

I ir 1 4 Algoritmul de principiu

IM 1 5 Plăcuța cu punctele remarcabile

IM.15 Problema identificării pozițiilor succesive :g. 1 7 Schema logică a algoritmului de optimizare - varianta de căutare exhaustivă

Fig. 18. Schema unei secvențe de generare a suprafeței finale

Fig. 19 Aria secțiunii așchiei A(i,j) determinată în raport cu poziția 21/14 a profilului muchiei scule^:

IM 20 Schema de principiu a algoritmului de modelare holonică

I 21 Ocuparea pozițiilor conform algoritmului

I ' · 22 Interfața programului care realizează modelarea holonică a cinematicii

ΓΜ.23. a) planificarea obținută; b) profilul rezultat

Fig.24 Testarea reactivității sistemului a) L max = 140 - 8 poziții succesive, b) L max: = 80 - 9 poziții succesive c) L max =75- 10 poziții succesive.

Fig 25 Modificarea planificării în cazul varierii rugozității, a) Rz = 39 8 poziții succesive, b) Rz= 25 o poziții succesive c) Rz=21 11 poziții succesive

I 25 Comparație de productivitate între sistemul propus și sistemele actuale a) Rz= 35 cazul 5 poziție nări succesive b) Rz=35 9 poziționări succesive

I . 27 Modificării adaosului de prelucrare: a) adaos de prelucrare 20; b) adaos de prelucrare 40

I . 28 Modificarea planificării. în cazul modificării profilului impus, a),b) si c) au profiluri ale suprafeței finale diferite l-'ig.29 Comparație între rezultatele obținute folosind varianta de modelarea holonică si căutarea exhaustivă, a) căutare exhaustivă; b) modelarea holonică.

1. Conceptul de conducere bazat pe modelare holarhic-atributiva

Pen:iu a descrie, suficient de complet, din punct de vedere tehnic, economic si comercial, pcrtarca mașinilor tehnologice, pot fi considerate următoarele atribute: precizia, stabilitatea, productivitatea, economicitatea, predictibilitatea si adaptabilitatea.

întrucât nivelul celor sase atribute de mai sus caracterizează, nu numai comportarea, dar si măsura in care mașina satisface cerințele pieței, aceste atribute vor fi folosite pentru conducerea mașinii tehnologice si vor fi denumite in continuare atribute de comanda.

Λ- es’e atribute isi modifica nivelul funcție de valorile unora dintre mărimile de stare ale mașinii, cum. a^- fi, de exemplu, viteza de aschiere, avansul, forța de aschiere, temperatura O pane dintre aceste mărimi de stare pot fi modificate după dorința, si de aceea pot fi folosite ca variabile de control. Spre exemplu, dintre cele de mai sus ar putea fi folosite ca variabile de control viteza de aschiere si avansul. Din aceste motive, nivelul atributelor de comanda va fi evaluat prin monitorizarea mărimilor de stare si va fi controlat prin corecția variabilelor de control.

n figura 1 se prezintă schema principiala a noului concept de conducere a mașinilor tehnologice, potrivit invenției si anume conducerea prin modelare holarhic-atributiva si invatare ir/î nesupervizata. Ir tina pui transformare semifabricatului in produs finit (in conformitate cu programul piesa), monitorul masoara variabilele de stare ale masin i Tehnologice si. folosind modelele El, E2, E3, E4, furnizează la ieșire nivelul atributelor de ccmanda. Holarhig analizeaza nivelu¹ acestor atribute si, pe baza reglementarilor care o compun, furnizează arbarele decizional. Reglementările holarhiei reflecta politica administrației privitoare la re'at.a cu piața (de exemplu, succesul pe piața al produselor). Arborele decizional este transmis sistemului de comanda, care generează corecțiile corespunzătoare fiecărui atribut de comanda, asigurandu-se astfel caracterul optimal al sistemului de control.

Prin, modelele CI, C2, C3, C4, corecțiile atributelor de comanda sunt transformate in corecții ale variabilelor de control si transmise interpretorului, pentru a fi adaugate la valorile de referința ale acestor variabile (valori care rezulta din procesarea programului piesa de către interpretor). Baza de iiuc rezultate din monitorizarea pe termen lung a mașinii este folosita de sistemul de invatare re: ipiavegheata, pentru a actualiza modelele El, E2, E3, E4 si Cl,C2,C3,C4, in conformitate cu e< orit: a comportării in timp si spațiu a mașinii tehnologice. In acest fel se asigura, atat caracterul adaptiv (prin reconstrucția modelelor C1...C4 si E1...E4), cat si caracterul optimal a! sistemului de control (prin arborele decizional oferit de holarhie)

2. Modelul holarhie atributiv al unei mașini tehnologice

In cadrul prezentei invenții mașina tehnologica a fost conceputa ca o holarhie, disectabila si reconfigurabila, la care holonii sunt înzestrați cu autonomie, cooperativitate si optimalitate, iar rwynil este compus din legi comportamentale, care pot fi naturale (fizice, economice, etc) sau convenționale ( concretizate prin reguli manageriale/administrative).

Întreaga concepție holarhica este orientata spre atingerea obiectivului fundamental si anume obținerea unei cat mai bune adaptabilitati a mașinii tehnologice la actualul mediu concurentiai global

Asigurarea acestei adaptabilitati se bazeaza pe:

a) conducere prin modelare holarhic-atributiva, caracterizata de faptul ca acordarea la exigentele si evoluțiile mediului are ca acțiune inițiala evaluarea valorilor curente ale atributelor ce caracterizează performanta in funcționare a holarhiei, iar ca acțiune finala modificarea in consecința a canonului holarhiei, tinta fiind atingerea, in condițiile date, a nivelului maxim posibil de performanta;

b) invatare online nesupervizata ale cărei rezultate sunt utilizate pentru susținerea conducerii holarhie atributive, astfel incat sa se asigure autonomia holonica a mașinii tehnologice, m ansamblul ei, si de aici capacitatea acesteia de a se integra in structuri holonice superioare.

l·. ·. 1 ?1 al holarhic-atributiv general este prezentat in Fig. 2, in care:

- Holomil-proces-masina este conceput ca avand modelul din figura 3 si structura dm figura 4;

- Holonul control operațional este conceput ca avand structura din figura 5;

Holonul control canonic are la intrare valorile curente ale atributelor si ajustările de politica impuse de strategie iar la ieșire schimbările de reguli convenționale necesare:

- Holonul control strategic are la intrare modificările aparute in mediul economic si valori c curente ala indicatorilor de performanta, iar la ieșire ajustările de politici necesare pentru adaptarea ia mediu a mașinii tehnologice.

â. Algoritmul de invatare online nesupervizata

Acest algoritm are ca scop studiu! stărilor si al tranzițiilor mașinii tehnologice, in scopul determinării ecuațiilor de stare si evaluării corecțiilor necesare pentru conducerea mașinii tehnologice. Algoritmul presupune parcurgerea următorilor pași:

Pasul 1: Clusteringul variabilelor. Acesta este realizat pe baza identificării relațiilor cauzale care, in condițiile învățării nesupervizate, nu sunt cunoscute. Tehnicile aplicate sunt: NN best mode , interogarea activa, analiza corelațiilor si analiza statistica a vecinătăților.

Pasul 2: Segmentarea domeniilor de variație a variabilelor. Scopul urmărit in acest pas a! algoritmului este construcția unor modele simple, locale si temporale (efemere), prin care se evita dificultățile specifice modelelor generale si perene.

Pasul 3: Structurarea spațiului de invatare. Acest lucru se realizează pe baza clusteringu'ui variabilelor si a segmentării domeniilor lor de variație.

it.

6,-2 o ' O - O ' 37 - 1 9 -11 2010

Pasul 4: Studiul spațiului stărilor. Pornind de la obseivalia ca, in prccestd de prelucrare a unui lor de produse identice, starea sistemului evoluează după o traiectorie închisa, traiectorie descrisa de programul mașinii, se poate acceata ideea ca traiectoriile succesive nu sunt foarte diferite. Diferentele ce pot aparea sunt datorate faptului ca semifabricatele folosite nu sunt perfect identice sau faptului ca, in timp, comportarea sistemului exolueaza. întrucât amploarea diferentelor sau a efectului evoluției comportam sistemului este mica, este de așteptat ca si abaterea de la traiectoria programata sa fie mica. De aceea, in fiecare punct ai traiectoriei stărilor mașinii tehnologice, ecuația de stare poate fi linearizata prin dezvoltare in serie Taylor si reținerea termenului de grad I. Pe aceasta baza se poate cu ușurința identifica online ecuația de stare, in fiecare element structural al spațiului de invatare.

Pasul 5: Studiul spațiului tranzițiilor. Definind tranziția mașinii tehnologice de la o stare la alta si stabilind o metrica adecvata, se poate defini un spațiu al tranzițiilor., iar in acesta, prin clustering, se pot stabili clase de echivalenta. In controlul prediciiv al mașinii tehnologice, analogia tranzițiilor poate servi ca baza pentru prognoza stărilor. In acest scop, sistemul de invatare online nesupervizata include in algoritmul sau acest pas.

4. integrarea modelului si a algoritmului in conceptul de conducere prin modelare holariricatributiva si invatare online nesupervizata

In figura 6 se prezintă modul in care algoritmul de invatare online nesupervizata este alimentat cu mmt: de intrare, precum si modul in care se obțin aceste date, pe de o parte, si pe de aha parte, moc .ira ieșirilor, precum si .elementele către care acestea sunt dirijate.

5. . \.i ceptul de conducere bazată pe planificare reactivă în scopul rezolvării problemei prezentate la punctul precedent, propunem abordarea conducerii mașinii unelte CMC reconfigurabilă pe baza unui nou concept, pe care l-am denumit conducere bazată pe planificare reactivă.

La nivel conceptual, conducerea bazată pe planificare reactivă presupune realizarea și exploatarea unui produs software, specific cuplului sistem tehnologic - operație de prelucrare. Acest pi cxlui software este compus dm două module. Primul modul va fi numit Modulul software de pcutificare reactivă a ciclului de lucru, iar al doilea va fi numit Modulul software de evaluare a pcirainetrilor modelului cuplului operație tehnologică - sistem tehnologic.

Primul modul are la intrare caracteristicile semifabricatului, ale piesei finite și aie sistemului tehnologic, iar la ieșire furnizează succesiunea stărilor prin care trebuie să treacă sistemul tehnologic, pentru ca semifabricatul să fie transformat în piesa finită. Această succesiune a stărilor reprezintă descrierea discretă a ciclului de lucru al sistemului tehnologic, corespunzător respectivei îții de prelucrare, ținând cont că o stare a sistemului tehnologic este caracterizată de valorile lim r >r variabilelor de stare, corespunzătoare respectivei stări.

Pe de alta parte, fiecare variabilă de stare descrie starea unuia dintre modulele componente ale sistemului de prelucrare reconfigurabil. Spre exemplu, coordonatele X și Z ale unui sistem tehnologic de strunjire sunt variabilele de stare ale modulelor ce asigură deplasarea longitudinală și deplasarea transversală a sculei în cursul procesului de strunjire. Starea la un moment dat a sistemului tehnologic în ansamblul său este descrisă de setul valorilor momentane ale variabilelor re sire corespunzătoare tuturor modulelor componente. în acest exemplu, valorile curente ale o; '> •donatelor X și Z formează setul valorilor momentane ale variabilelor de stare.

în acord cu conceptul de conducere bazată pe planificare reactivă, produsul software, specific cuplului sistem tehnologic - operație de prelucrare, furnizează la ieșire seturile succesive de valon momentane ale variabilelor de stare, corespunzătoare tuturor modulelor componente a'e sistemului tehnologic.

în fine, aceste valori momentane ale variabilelor de stare reprezintă valorile de referința ale birjelor interne de control, care asigură controlul modulelor componente. în acest fel, comanda 11 â.a.ia dintre modulele corapouente constă doar în simpla modificare online a valorii de referință.

O unitate de control logic transmite buclelor de control ale modulelor valorile variabilelor de referință, rezultate la ieșirea dm produsul software specific. Fiecare set de valori ale variabilelor de referința reprezintă un punct în traiectoria pe care variabilele de stare ale sistemului tehnologic o parcurge în cursul derulării complexe a unui ciclu de lucru, necesar pentru prelucrarea completă a unui exemplar din lot.

,ς-?. 01 β - 01 13 7 - 19 -11- 21110

Dacă, atât caracteristicile semifabricatului, cât și cele ale sistemului tehnologic, nu ar varia în cursul prelucrării întregului lot de piese și dacă valorile acestora ar fi perfect cunos cute încă de ia început, atunci succesiunea stărilor prin care trebuie sâ treacă sistemul tehnologic, pentru ca semifabricatul să fie transformat în piesa finită, ar rămâne nemodificata pe tot părem sul prelucrării i : i c ivului lot de piese.

Cum, în realitate, aceste lucruri nu se confirmă, apare necesitatea ca, în cursul derulării pi cocsului de prelucrare, sistemul tehnologic să fie monitorizat, folosind un ansamblu de senzori adecvați, iar datele astfel obținute să fie folosite pentru evaluarea periodică a unora dintre caracteristicile semifabricatului și/sau ale sistemului tehnologic, caracteristici care au funcția de parametri ai modelului cuplului operație tehnologică - sistem tehnologic. Această evaluare este realizată de cel de-al doilea modul al produsului software, specific cuplului sistem Tehnologic (.peniț e de prelucrare, numit Modulul software de evaluare a parametrilor modelului cuplului t u /rație tehnolog, că - sistem tehnologic.

Dacă valorile actualizate ale parametrilor diferă față de cele inițiale, atunci Modulul software de planificare reactivă a ciclului de lucru este rulat din nou, având la intrare valorile actualizate ale acestor caracteristici Va rezulta o nouă planificare a stărilor succesive prin care trebuie să treacă sistemul tehnologic pentru a prelucra unul dintre exemplarele din lot.

în continuare, unitatea de control logic va furniza buclelor de control ale modulelor (c-mpenente noi serii de valori ale variabilelor de referință.

Această modificare permanentă a planificării, ca reacție la evoluția caracteristicilor ,'c r fabricatului, piesei fi sistemului tehnologic, reprezintă esența conceptului de conducere bazată pt planificare reactivă.

în Fig. 7 se prezintă schema conceptuală a conducerii bazată pe planificarea reactivă. Caracteristicile definitorii ale semifabricatului, alături de valorile actuale ale parametrilor modelului, sunt introduse în Modulul software de planificare reactiva a ciclului de lucru, ce oferă la ieșire valorile actualizate ale variabilelor de control ale sistemului, valori care sunt apoi transmise la (’. î?j de control logic. în continuare. Unitatea de control logic transmite aceste valori sub formă re , ( menzi către modulele hardware.

Sistemul de monitorizare, care poate cuprinde o gamă adecvată de senzori pentru forță. i>cceie<ație etc., transmite informația citită spre a fi folosită pentru evaluarea valorilor actualizate ale parametrilor modelului cuplului operație tehnologică - sistem tehnologic.

Așa cum s-a arătat mai sus, ori de câte ori valorile parametrilor acestui model se schimbă, valorile variabilelor de control sunt actualizate în consecință.

Afirmăm că arhitectura de control propusă se potrivește conducerii sistemelor de prelucrare rt . tt >f gurabile, bazându-ne pe următoarele argumente:

.... iiățile componente ale sistemului de control, în sine, nu se modifică în niciun fel, la o nouă arhitectură sau la procesarea unei noi familii de piese; ceea ce se schimbă este doar modul lor de dispunere relativă;

- arhitectura modulară, care presupune existența unui controler încorporat în construcția hardware a modulului răspunzător de bucla de control „close loop”, permite controlul acestuia în orice (onfigurație s-ar afla;

- -odulul softwaie de control numit Modulul software de planificare reactivă a ciclului de iveru pt-r;n te controlul cinematicii sistemului tehnologic, indiferent de arhitectura hardware a acestuia.

Deosebim avantajele acestui concept de conducere după cum urmează.

- Planificarea este supusă unor criterii astfel încât traiectoria stărilor succesive ale sistemului să fe optimă (din punct de vedere al productivității sau al preciziei, de exemplu). Intr-adevăr, conceptul de conducere are caracteristicile unei conduceri optimale, pentru că sistemul nu se conduce după o traiectorie a mărimilor de stare precizată de programator (așa cum este cazul în prezent), ci se conduce pe baza rezultatelor obținute în urma rulării unui modul software care iu jur.i ca o anumită funcție obiectiv să fie extremizată.

• ^: -o asemenea, tipic pentru acest concept de conducere este faptul că nu se planifică modul în care trcnuie să decurgă procesul, ci se planifică rezultatele care trebuie obținute /de exemplu.

'/alor de rugozității). Astfel, se urmează ideea de a conduce sistemul prin afirmația “nu cum trebuie condus procesul, ci ce trebuie să rezulte în urma procesului”.

C\-2 Ο 1 Ο - 01 1 3 7 ’ 1 9 -II- 2ί 10

I’ ncluzionăm că, potrivit acestui concept, conducerea are. a) caracter optimal - întrucât se urmărește maximizarea unei funcții obiectiv; b) caracter adaptiv - întrucât se modifică online modelul de control, pe baza căruia sistemul este condus.

6. Controlul individual al fiecărui modul

Sistemul de prelucrare are structura unui robot cu mai multe brațe; de exemplu un braț ține ‘ o ește piesa., alt braț ține piesa și ai treilea braț ține scula sau măsoară piesa. Fiecare grad de Iii: e.-ί a:e este materializat de un modul independent alcătuit dintr-o componentă hardware și una de (.crcxo!, ambele proprii respectivului modul. De exemplu, modulul descris în fig 8.

este unul cinematic, care materializează un grad de libertate ce constă într-o mișcare de translație.

Acesta este compus din efector, senzori și motor controlați de un controler încorporat pe structura hardware a modulului. Spre deosebire de actuala arhitectură hardware CNC, unde controlerul PLC gestionează simultan comanda motoarelor și a diferiților senzori din sistem, conțroierul încorporat nu are decât o funcție și anume de a gestiona poziția și viteza efectorului | i nt -? buclă de control închisă. Acest controler comunică printr-o magistrală de comunicație cu I -ui industrial.

La nivelul fiecărui modul, comanda se face independent, fără ca un modul să cunoască’ poziția sau comanda altui modul. Să consideram că axa după care efectorul se deplasează este axa X și că valoarea de referință a variabilei de control X este Xt, iar valoarea curentă a acestei variabile este Xc. Viteza cu care efectorul se deplasează în punctul comandat depinde de mărimea diferenței l i jirtre valoarea de referința a variabilei de control și valoarea curentă a acesteia.

în funcție de sensul și mărimea diferenței Dx, se comandă variatorul motorului, astfel încât i- ccst i să se rotească în sensul micșorării diferenței Dx, cu o viteză mai mică sau mare. în funcție de mărimea diferenței, așa cum se arată în Fig.9, spre deosebire de alte sisteme de control, pentru care legea de variație pentru viteză e dată.

Succesiunea valorilor de referința X ale variabilei X și momentele de timp în care aceste valori sunt transmise de unitatea de control logic, descrie și determină legea de mișcare a efectorului. Acest mod de control al modulului exclude orice intervenție atunci când modulul este i;}seral într-o structura hardware oarecare.

‘. Comanda structurii modulare în ansamblul ei

Unitatea de control logic care realizează comanda către module are ca ieșire un set de date, similar cu setul de date reprezentat în Fig. 10. Coloana timp și cea corespunzătoare valorilor de referință ale variabilei de control reprezintă traiectoria descrisă în timp de modulul căruia i-au fosr transmise aceste valori ale variabilei de control. Sistemul se conduce prin comandarea independentă a modulelor, acestea având fiecare un sistem de comunicație cu Unitatea de control (?·. .c Așa cum an arătat mai sus nu exista legătură între module, alta decât Unitatea de control I:c; jare furnizează simultan comenzi tuturor modulelor.

De exempiu, să consideram că o mașina de prelucrare reconfigurabilă a fost configurată sub forma unui strung, care este prevăzut cu un grad de libertate suplimentar constând în rotația cuțitului în plan orizontal. în aceasta configurație, avem un arbore principal, sanie transversală, una longitudinală și un modul de rotație pentru poziționarea sculei. Comanda către module constă în Iransmiterea succesiva a datelor din tabelul care reprezintă evoluția în timp a valorilor de referința ide variabilelor de stare în timpul funcționării, valorile corespunzătoare variabilelor de control sunt fi--:11-5cate datorita schimbării cc-mportării sistemului.

De exemplu, o schimbare a comportării sistemului, ar fi în cazul unui proces de așchiere, când forța creste, ceea ce ar putea duce la o instabilitate a sistemului.

Așa cum se arată în Fig. 10, sistemul se controlează prin intermediul binomului timp valoare variabilă de control Astfel, la timpul calculat, Unitatea de control logic comandă valorile variabilei de control corespunzătoare modulului hardware. în figura de mai sus se surprinde situația de -a timpul O,Îs. când UC1 comandă modulelor hardware corespunzătoare pentru rotația sculei |r. ns«ație transversală, translație longitudinală și rotația piesei noile valori a variabilelor de control. Ir continuare, se comandă succesiv, corespunzător coloanei timp fiecare modul la 0.ÎS s, 0,21 ‘ .·; ir d. Prin planificare nu se programează viteza prin specificare directă de către programator c: aceasta rezultă prin modificarea stărilor care determină starea sistemului.

c_v- 2 O 1 3 - 0 ¹ 1 3 7

9 -11- 21)10

8, Metoda de programare a sistemelor tehnologice reconfigurabile și aplicarea acesteia în cazul conducerii prin planificare reactivă în cele ce urmează se prezintă o nouă metodă de programare a sistemelor tehnologice care se bazează pe o nouă abordare a relației între programarea mașinii și controlul operațional al acesteia, pe de o parte, și a relației dintre programator și operator, pe de alta parte. Potrivit acestei abordări, programarea mașinii consta în chiar realizarea sistemului software al acesteia, folosind un mc· ti a de programare specific.

Conform noii abordări, programatorul trebuie să parcurgă mai multe etape așa cum se arată în Fig. 11. Mai întâi, programatorul trebuie să preia, de la proiectantul produsului, modelti CAD al pieses, să genereze modelul CAD al semifabricatului după care, folosind un produs informatic ce tip CAPP (Computer Aided Process Planning) să obțină procesul tehnologic de prelucrare a produsului, în care operațiile, așa cum au fost definite anterior, sunt prezentate. Apoi procedează la divizarea cceruților in task-uri, fiecare task reprezentând un subciclu al operației. în continuare, pentru 1' ca e subciclu al operației este elaborat modelul cinematic a! procesului de prelucrare care ț;mm te calcularea pozițiilor succesive ale modulelor sistemului de prelucrare reconfîgurabil pentru prelucrarea semifabricatului. în așa iei încât să fie satisfăcuta condiția de extremizare a funcției obiectiv. în urma acestei modelări rezultă un algoritm de planificare reactivă parametrică.

în continuare, programatorul trece la faza de configurare a mașinii, care presupune alegerea modulelor necesare efectuării operației curente, în funcție de traiectoriile necesare pentru executarea I .ii i task, și combinarea adecvata a acestor module, rezultând astfel, ceea ce în abordarea r-oa si r;i se numește programul mașina, care conține inclusiv modelul cinematic al acesteia. Având modelul cinematic al mașinii, se generează documentul tehnologic, numit - program piesă

Programul piesă care rezultă nu are structura unui program în accepțiunea prezentă, și anume aceea de cod scris, care descrie ciclul de lucru al mașinii, și care urmează să fie citit și executat. în noua accepțiune, acesta reprezintă un model care va genera comenzile transmise

Unității de control logic și care vor fi diferite în funcție de comportarea sistemului. 1' '-ramul piesă include algoritmul de planificare reactivă parametrică rezultat prin modelarea î i . națieii procesului de prelucrare.

Programul mașină și programul piesă formează Modulul software de evaluare a parametrilor modelului cuplului operație tehnologica - sistem tehnologic, un modul software care rulează pe PC-ul industrial de pe sistemul de prelucrare reconfigurabil.

Modelarea geometriei sculei este etapa în care se identifică geometria sculelor care urmează a fi folosite, care este parte din Modulul software de evaluare a parametrilor modelului cuplului operație tehnologică - sistem tehnologic.

Schema conceptuală a conducerii sistemelor tehnologice reconfigurabile prin planificare re.tvă, așa cum se arată în Fig. 12. respectă conceptele propuse și cuprinde acțiunile descrise mai maime în figură se observă împărțirea conducerii sistemelor de prelucrare reconfigurabilă în două etape, una care reprezintă faza de proiectare iar cealaltă reprezintă faza de procesare.

In faza de proiectare, așa cum am arătat anterior, se definesc operațiile și se structurează fiecare task, urmând ca modelul ciclului mașinii să fie folosit în faza de construire a programului piesă Configurarea structurii hardware este realizată având în vedere succesiunea task-urilor dorințe și se construiește modelul solid al sistemului de prelucrare, model care, împreuna cu i ; -del îl parametr.c al operației. rulează în Modulul software de evaluare a parametrilor modelului O-olrl ii operație tehnologico - sistem tehnologic.

Planificarea reactivă parametrică a operației este etapa de construire a programului piesă prin care se construiește modelul parametric ai operației care va fi parte, de asemenea, a Modelului software al ansamblului operație tehnologică - sistem tehnologic.

In faza de procesare, modulul software realizează planificarea operației prin actualizarea ^:·. î F ii de date reprezentând valorile variabilelor de control către Unitatea de control logic, z'axc pr creează la transmiterea acestora la intervale precizate de informația timp corespunzătoare I:--:.5 ii set. Sistemul de mennorizare transmite date care sunt procesate în Modului software de evoluare a parametrilor modelului cuplului operație tehnologică - sistem tehnologic, fapt ce generează actualizarea valorilor curente ale parametrilor de planificare pentru următoarele coordonate de stare ale sistemului.

_ _{2 ?} . r . p . > J _? . i _a -ii- 2010

f.Mooelarea cinematicii procesului de prelucrare și aplicarea acesteia la conducere; cptimalâ a sistemelor tehnologice reconfEgurabiie prin planificare reactivă

9.1 Prezentarea problemei

Există multe situații în care profilul muchiei tăietoare înfășoară profilul suprafeței prelucrare prin deplasarea sculei după o anumită traiectorie. Traiectoria este programată prin programul piesă. Dacă orofilul suprafeței piesei este complex, atunci contactul dintre profilai muchie:· tăietoare și profilt-l suprafeței generate are loc în diferite puncte ale profilului muchiei tăietoare. îr aceste cazuri, schimbarea sculei după uzarea muchiei impune necesitatea ca profilul noii scule să fie același cu profilul sculei uzate, întrucât poziția noii scule este identică cu cea anterioară, (sa se reproducă profilul ca forma și ca poziție) în caz contrar apărând erori ale profilului generat al piesei.

Aceasta exigență impune restricții în conceperea formelor sculelor. O soluție cere satisface rceasta exigenta este detalonarea și ascuțirea pe fata de degajare a sculei. Soluția prezintă numeroase dezavantaje. O aha soluție ar fi să se renunțe la exigența refacerii formei și profilului scule:, să se identifice noua formă și noua poziție a muchiei tăietoare (care diferă de forma si poziția anterioară a muchiei tăietoare) și, pentru a genera același profil al suprafeței prelucrate, să se modifice traiectoria sculei în cursul înfășurării profilului piesei.

Altfel spus, în loc de corecția de sculă, dorim să aplicăm o corecție de traiectorie. In acest Tei s-ar găsi soluții mult mai economice de ascuțire a sculelor. Pe de alta parte, există tendința de a pr ograma deplasarea sculei de-a lungul traiectoriei cu un avans variabil, astfel încât, în fiecare ί ·. ți 3 it si în fiecare poziție, secțiunea așchiei detașată de muchia tăietoare să fie optimă ca arie și ca fermă. Ca urmare, chiar atunci când profilul suprafeței este o linie dreaptă, poziția relativă a profilului sculei ar trebui sa se modifice în permanență, din cauza variației stratului de material detașat. Rezultă că, în acest caz, deși profilul este rectiliniu, totuși, la schimbarea sculei, apare nevoia menținerii profilului generator al muchiei prin ascuțire.

Ceea ce se propune in aceasta invenție este să nu impunem ca scula să își mențină forma și pczipa, ci să asigurăm generarea suprafeței piesei prin re-identificarea formei și poziției, pe de o p;> e. >i reprograr tarea traiectoriei sculei, după fiecare ascuțire, pe de alta parte.

în Fig. 13 se arată o sarcină de prelucrare, tipică pentru strunjire. Consideram ca aceasta sarcină este realizată de mașina tehnologică reconfigurată ca un strung, care are un grad de libertate suplimentar, reprezentat de rotația in plan orizontal a cuțitului.

Generarea suprafeței finale se face prin deplasarea profilului sculei, în lungul unei elice generatoare, care este obținută prin combinarea rotației piesei cu translația sculei în lungul profilului longitudinal al acestei suprafețe.

Parcurgerea elicei generatoare în vederea obținerii prin așchiere a suprafeței, finale este comandată discret, prin calculul coordonatelor unui număr mare de puncte succesive /, aflate pe elicea generatoare și comanda motoarelor care acționează mișcările sculei și piesei, astfel încât scula să se deplaseze din punct în punct, de-a lungul profilului longitudinal al suprafeței de prelucrat. între doua puncte i succesive, parcurgerea elicei este necontrolată dar, dacă numărul punctelor i este suficient de mare, atunci profilul sculei nu se abate semnificativ de la elicea generatoare.

Poziția profilului sculei într-un punct i de pe elicea generatoare este dată de următoarele coordonate: X.(axa X a strungului) ,Z,(axa Z a strungului), φ_; (gradul suplimentar reprezentat de rotația in plan orizontal a cuțitului) și Θ(gradul de libertate reprezentat de rotația piesei), corespunzător gradelor de libertate ale strungului, așa cum se arată în Fig. 13.

Conținutul informațional al unei sarcini de prelucrare pentru arhitectura propusă este următoarea, așa cum se arată în Fig. 14:

- coordonatele punctelor de pe profilul nominal al suprafeței de prelucrat, precum și abaterile S’.iuerioara și inferioară corespunzătoare;

- materialul semifabricat, Cmar;

rugozitatea Rz a suprafeței finale;

- scula ce va fi folosită.

C;

Ο 1 D - Ο 1 1 i 7 - -

9 -11- 2010 faBaza de date a sistemului de manufacturare conține mai multe seturi de informații ci anvire la scuiele disponibile, cum ar fi: profilul scul ei, forța admisibilă (Fadm). lățimea adm sibilă a așchiei (Ladm), aria admisibilă a secțiunii așchiei (Aadm) și grosimea admisibilă a așchie; (aadm), pentru diferite materiale. Aceste informații din baza de date a mașinii, împreuna cu informații ie care definesc datele de intrare, anterior menționate, servesc la procesarea informației în cadrul etapei de optimizare, realizată virtual, înainte de începerea procesului. în timpul derulării operației curente, torța F, uzura sculei h și profilul suprafeței inițiale sunt monitorizate, pentru a fi folosite îr cadrul etapei de conducere bazata pe planificare reactiva. Sistemul de conducere generează ciclul de prelucrare a piesei, parcurgând cele doua etape după cum urmează.

Etapa de optimizare debutează cu introducerea ca date de intrare a coordonatelor punctelor aliate pe suprafața nominală, a abaterilor superioară și inferioară corespunzătoare, a rugozității suprafeței finale, a coordonatelor punctelor pe profilul suprafeței inițiale, a coordonatelor punctelor de oe orofilul sculei, a valorilor limita admisibile Fadm, Aadm, aadm, Ladm, și a caracteristicii de t -fiii Cmat.

Coordonatele punctelor de pe profilul suprafeței nominale sunt obținute în urma procesării modelului CAD, reprezentat de fișiere desen generate de pachetul AutoCAD, fiind destul de multe pentru a putea fi suficient de bine descris profilul. Fiecăruia dintre aceste puncte i se atașează următoarele informații: abaterea superioară, abaterea inferioară, rugozitate și respectiv coordonatele X, Z, calculate prin însumarea valorilor nominale cu media abaterilor superioara și inferioară corespunzătoare punctului. Similar, se introduc datele care descriu suprafața inițială, reprezentate de coordonatele punctelor profilului acesteia. Coordonatele punctelor ce descriu profilul suprafeței i ; al;: junt date în sistemul de referință solidar cu piesa în baza de date a mașinii sunt stocate coordonatele punctelor ce descriu profilul scule;. în raport cu sistemul de referința solidar cu aceasta, urmând ca în etapa de optimizare să se facă conversia la sistemul de referință al piesei. Etapa de optimizare presupune evaluarea offiine a variabilelor de control având în vedere forma suprafețelor ce fac obiectul sarcinii de lucru. Confirm abordării prezente se definesc mai multe variabile precum urmează.

Așa cum se arată în Fig 15, pe profilul muchiei tăietoare se definesc (m) puncte si ne referim l i oi;netul curent de pe profili.; muchiei tăietoare ca fiind punctul j. Similar, așa cum se arată în l'ro.l 5, profilul piesei este nescris de n punte și ne referim la un punct curent de pe profilul piesei cl foind punct i.

Poziția cuțitului se descrie prin urmare printr-ο pereche (z, j), unde i definește poziția curentă a muchiei tăietoare, si j este profilul curent a muchiei tăietoare. O altă variabilă folosită este k, care este variabila index a perechii (z,/).

Algoritmul folosește ca referință poziția anterioară (k-Γ), așa cum se arată în Fig. 15. îr: consecință orice poziție k este asociată cu valorile variabilelor <ș>(k), Z(k) X(k). în algoritmul de optimizare folosim ca fiind valoarea curenta pentru L lungimea definită de lungimea segmentului P Q} care reprezintă lungimea muchiei tăietoarețLzy), Rz este rugozitatea curentă (Rzz/). suprafața determinată de punctele PQRJ, este suprafața așchiei (Az/) iar PR reprezintă grosimea așchieițaz/).

Controlarea modulelor se face trimițând succesiv poziția variabilelor Xfk), Z(k), Q(kj and < vfo , care sunt variabilele de control, calculate la coordonatele (z,/).

Modelarea cinematicii înseamnă rezolvarea următoarei probleme: să se determine perechile fi? condițiile respectării atât a restricțiilor impuse cât și a criteriului de maximizare a pi oit activității.

9.2 Modelarea cinematicii prin căutare exhaustivă

Ideea de bază a algoritmului de optimizare este că, pornind de la punctul curent / generat pe profilul piesei de către punctul j aflat pe profilul sculei, să se găsească următorul punct de pe profilul piesei, precum și următorul punct de pe profilul sculei, care îl va genera, respectând condițiile impuse (Az/<Aadm. Lz/<Ladm, a//'<aadm, Rzz/<Rz) și satisfăcând restricția ca punctele în uroroct de pe profilul sculei să aparțină zonei active a acestui profil (pentru ca generarea să fie pc sfiită), asigurând totodată o valoare maximă a ariei secțiunii așchiei, Azy, pentru ca nivelul productivității să fie maxim (Fig.4.4). Pentru generarea unui punct i de pe profilul piesei, scula trebuie plasată astfel încât să fie tangentă la acest profil într-un punct j de pe profilul ei Punctele / și r-2 010-01137 -' 13 -ii- 2010 j coincid, poziția sculei pentru această pereche de puncte fiind complet determinată. Algoritmul de optimizare este prezentat în Fig. 17

Pentru această poziție a sculei, se determină din calcul valori c variabilelor controlate, A//, L//. a//, Rzij, apoi se testează dacă sunt satisfăcute condițiile impuse A// < Aadm, Lij < Ladm, a// < aadm, Rzz/ < Rz și dacă este respectată restricția ca j să apaftină zonei active a profilului scalei. La punctul curent i de pe profilul piesei, se testează consecutiv toate punctele / de pe profilul :. e . Rezultatele testărilor sunt reținute.

Așa cum se arată în Fig 17, la blocul 1 se trece la următorul punct de pe profilul suprafeței Imale. în acest punct urmează să se execute pașii de la 2 la 5, atât timp cât se respectă condiția ca măcar un punct de pe profilul sculei să respecte restricțiile și impunerile. La blocul 3 și blocul 4 se verifică impunerile reprezentate de condițiile: Ai/<Aadm, L//<Ladm, az/<aadm, Rzz/<Rz și respectiv restricția ca punctele să fie pe profilul activ al sculei. Acest ciclu se reia pentru fiecare piv··· al sculei, așa cum se arată în pasul de la blocul 2. în continuare, la blocul 5 se rețin punctele c sre satisfac condițiile. Ciclul de căutare se oprește în momentul în care pentru un punct de pe premiul suprafeței finale, toate punctele de pe profilul sculei nu satisfac condițiile, așa cum se i: : cz ntă în blocul 6.

în Fig. 18 se arată schema unei secvențe de generare a suprafeței finale, folosind algoritmul de optimizare al sistemului încorporat. De exemplu, să presupunem că ne aflam în punctul de pe profilul suprafeței finale z=21 și poziția sculei este corespunzătoare punctului 7=16 de pe profilul acesteia, tangent la profilul suprafeței finale. în continuare, ne propunem, să găsim următorul punct de ce profilul suprafeței finale, generat de un punct de pe profilul sculei, după ce piesa a executat o i ț 2 completă. Pentru aceasta se trece ia poziția z=22 și se testează succesiv punctele de pe pr tiiAl sculei, reținându-se acele puncte care verifică restricțiile și impunerile. Căutarea se oprește în momentul în care se găsește un punct de pe profilul suprafeței finale, pentru care toate punctele de pe profilul sculei, tangent la acesta, nu respectă condițiile, așa cum se observă în Fig. 19 Punctele z=25 și7=15 reprezintă combinația pentru care aria așchiei (A25/15) este maximă în cazul setului de puncte testat. Se consideră că noul z, adică, /=25 este noul punct curent și se continuă ralgoritmul de căutare a următorului punct de atins.

în Tabelul 1 se arată traiectoria mărimilor de stare și anume fragmentul ce corespunde zonei / = 12 25, pentru secvența de generare a suprafeței finale din Fig. 18. Traiectoria de la punctul .21. 7=³ 6, la punctul /=25,7=15 este descrisă de succesiunea punctelor /=22, 23, 24, care împarte elicea corespunzătoare unei rotații, în 4 pași intermediari, de coordonate X, Z și ΔΘ.

La fiecare pas intermediar este calculată turația n și mărimea ΔΘ a pasului intermediar. Turația n se înmulțește cu factorul Ks care ține cont de valoarea reală h a uzurii sculei. Mărimea Δθ ; pasului intermediar se înmulțește cu coeficientul Kf, care ține cont de valoarea reală a forței din pi cîs. Diferența de rotație intre pașii intermediari ΔΘ, în etapa de parcurgere a algoritmului de opri mizare, ambii coeficienți au valoarea 1, urmând ca în etapa de conducere adaptivă valorile c-.-.to· coeficienți să fie modificate corespunzător datelor din monitorizare. De asemenea, la fiecare pas se rețin valorile variabilelor controlate: Rz, A, a, și L, rezultate în urma calculelor de maximizare a ariei așchiei.

Conducerea bazată pe planificare reactivă se concretizează în reluarea algoritmului de optimizare la modificarea suprafeței inițiale, precum și modificarea turației n, și a mărimii ΔΘ a pa clor intermediari, în conformitate cu evoluția în timp și spațiu a comportării sistemului de rim ufacturare și a modului ce desfășurare a procesului.

în acest scop se monitorizează, cu o frecvență adecvată, profilul suprafeței inițiale, uzura sen.iei și forța. Profilul suprafeței inițiale se măsoară cel puțin la prima piesa din lot, folosind un dispozitiv de măsurare on-machine.

Aceste măsurători se iau în considerare pentru rularea algoritmului de optimizare iar frecvența de măsurare este variabilă și trebuie decisă de operator. în ceea ce privește măsurarea i ./.,,.0'. sculei, aceasta se poate face cu diferite dispozitive. Frecvența de măsurare a uzurii este ¹ a=^,;2b lă, executăidu-se după fiecare piesă sau după un număr de piese, după caz Uzura scule i are h , . . „ .

efect modificarea valorii turației cu un coeficient K =-/t, unae h_e este viteza economica Pe h uzura sculei cunoscută, h este uzura măsurată iar t este timpul în care a apărut uzura h. Când

^^2O1D^¹-VW 7 mencientul Ks este subunitar, turația va ti diminuată, pentru atingerea unei valori economice a vitezei de uzare a sculei. Monitorizarea forței din proces se face folosind un senzor plasat în portcutit. Se calculează K _f = ^ ^a(^^m , _uncj_e p_{adm es}ț_e f_orț_a admisibilă corespunzătoare sculei iar F este ⁷ p forța măsurată. în cazul în care Kf este subunitar, va fi diminuată mărimea ΔΘ, ce reprezintă unghiul de rotație corespunzător unui pas intermediar. Așa cum se observă în Fig.22., coeficienții î p K_f au valoarea l în faza de optimizare offline, urmând ca valorile acestora să fie modificate oniine. ca urmare a conducerii adaptive.

1	i	Κί*Δθ fc=*l	X [mm]	z frnmj	Φ	KS*B [rofnrîn}	V [mAnin]	Ri (μτη)	A [mm ]	a fmm]	L fmm]	1 [mm]	Kf	Ks	Timp
li 1
		60	147,24	190,5	73,87	207,9	93	12,2	2,49	0,21	14	12	1	1	0,32
1 s	: 16	72	144,06	179,38	62, £6	199,2	95
1 ·;	<5	72	139,3	170,25	< .1 77	187,4	95
	5	72	134,14	161,92	4' ,45	I;o,l	95
r;	4	72	128,98	154,38	4:,22	166,1	95
2 ~	; 54	72	123,82	147,24	45,1	157,2	95	10,3	2,38	0,2	10	13	1		J.4
1u	/4	90	127,79	139,59	41,38	164,0	95
V	! 14	90	113,1	132,15	42,65	141,5	95
20	i i·5	90	107,95	123,82	41,08	135,0	95
21	I ™	90	103,58	115,49	45,05	129,9	95	11,7	2,33	0.2	16	13	1	1	0,3
n ' 16	90	98,42	107,95	47,82	124,4	95
23	16	90	93,86	95X5	64,65	119,9	93
2-â		90	90.88	83,74	70,27	117,1	93
25	: 13	90	87.92	69,83	/53	1’4.5	95	10,9	2,56	0,23	19	11	1	1
/·				! 1 I 1								L

Tabelul l. Traiectoria mărimilor de stare (fragmentul corespunzător zonei /=12..25 din Fig. 18

9.3 Varianta holonică a modelării cinematice

Descrierea algoritmului holonic pentru modelarea cinematicii

Similar cu modelarea geometrică, algoritmul de modelare cinematic presupune parcurgerea urmă torilor pași (Fig.20\ ., Ocupare aleatorie - holonii - reprezentați de forma muchiei tăietoare sunt plasați tangent !a traiectoria finală, așa cum se arată în figura de mai jos, poziția a;

2; Eliminări preliminare - în cadrul holarhiei se ia decizia ca unii dintre holoni să dispară deoarece se constată că în condițiile impuse sunt prea mulți. în acest sens, se face o strategie minimală în care se consideră că, de exemplu, pentru a respecta restricția de rugozitate, numărul de holoni sunt prea mulți. Astfel se elimină un număr de holoni pentru a îndeplini această condiție.

.· Ocupare preliminară - holonii încearcă să ocupe poziții intermediare pe traiectoria finală, considerând gradul suplimentar și încearcă să evalueze restricțiile.

N Eliminare holoni- în această etapă se elimina holonii care s-au “îngrămădit” într-o hol arh ie locală și care nu sunt necesari.

5) Naștere de holoni - datorită faptului că holonii se “îngrămădesc” și formează noi holarhii locale, rămâne inevitabil “spațiu” neocupat. Din acest motiv, holarhiile locale comunică, evaluează distanța între ele și decid nașterea de noi holoni. Așa cum se arată în figura reprezentând ocuparea pozițiilor conform algoritmului (Fig.21), holarhia albastră a născut 2 holoni și cea roșie încă unul, în relație îi; rima. în același timp, în relație cu. holarhia locală violet, holarhia roșie a mai născut încă un I V >: .

fo Efectuarea distribuției in holarhie. După ce toate holarhiile locale au fost unite și au format o singură holarhie, se încearcă distribuirea pentru a atinge pozițiile care satisfac restricțiile

Limbajul de învățare a holonilor

Holonii, ca entităti software independente si cooperante, sunt înzestrați cu cunoștințe și insTÎnct:

(rimc.șrințele sunt reprezentate de funcțiile de calculare a suprafeței, de calculare ariei, de calculare a Im-urnii așchiei sau de calculare a rugozității.

^-2010-01137-I foiectarea holarhiei 1 9 ~11“ 2010 în continuare, se descrie proiectarea holarhiei luând în considerare caracteristicile cheie. Similar cu proiectarea holarhiei pentru modelarea geometriei au rezultat asemănări între cele doua precum urmează:

în ceea ce privește mediul, percepția, controlul și convențiile sociale cele doua holarhii se asemăna. De asemenea caracteristica de a negocia, dar nu de a licita se aseamănă în abordarea prezentată.

Singura deosebire între cele două arhitecturi holonice este dată de caracteristica care descrie interesele proprii și cele comunitare. Dacă la modelarea geometrică, holarhiile acționau într-o primă faza în interes personal, în mod “egoist”, la modelarea geometrică, atât în interiorul holarhiilor locale cât și între ele, există doar interese comunitare. Această caracteristică este dată de problematica poziționării unui holon care este dependent de holonii vecini.

Implementarea software

S-au realizat programele corespunzătoare celor două abordări, cea exhaustivă și cea holonică (f.y.22) in limbajul Visual C 6. In urma testelor, a rezultat un timp de până la 10 ori mai scurt I ί o>: j varianta holonică a abordării.

In interfața program se stabilesc profilul final și cel inițial al semifabricatului, cât și parametrii sistemului. în Fig.23 se arată planificarea pentru profilurile date și parametrii următori.

R.z max = 35

1;·. :· x 180

I t =350 = 90

Datele care rezultă din programe sunt variabilele de control cât și mărimile parametrilor măsurate la fiecare poziționare, așa cum se arată în Tab.2:

IJ I	Xi	Zi	Xoi	Zoi	6>i	Ai	Li	li	Rzi	Ai ί ;
124	_2?·	437	437	- i	-1	-14	0	0	0	0	1 0 ‘ i
109	23	434	200	342	293	-14	2763	90	25	15	30 i
87	28	346	200	294	330	14	2792	100	49	25
71	29	282	200	256	338	26	2794	93	29	11	; 30 '
58	30	230	200	200	338	26	2789	86	26	10	: 32
45	28	178	200	126	330	14	2776	83	19	10	! 33 ;
33	25	130	200	58	314	0	2755	85	13	10	J32 : ί ;
25 1 24	98	200	3	293	-14	2796	82	12	4	34 :
8	29	30	200	/! “Γ	-X -X Q	26	1091	92	40	11	HI i

Tabelul 2 Datele de ieșire din softul dezvoltat

Experimentări și analiza rezultatelor obținute

Cazul 1. Testarea reactivității sistemului Ia modificarea comportării (Fig.24).

ir: funcție de lungimea maximă a zonei active a muchiei tăietoare, putem să constatăm instabilitatea Si-aomului și trebuie să acționăm în privința aducerii la un nivel acceptabil. Folosind unealta soft dezvoltată constatăm că, în cazul micșorării valorii parametrului Lmax a modelului, determinată de constatarea instabilității din sistem, variabilele de control sunt modificate în consecință. Se observă cum sistemul reacționează surprins în trei situații succesive, cea reprezentată în Fig.24 a,b,c, prii ί\-2 91--:--37-- _rV

!) -II- Μ J A ri'dr’icarea variabilelor de control, care generează o altă planii-care a procesulti. Ir acest sens, observăm că, cu cât instabilitatea crește, sistemul reacționează rezultând odată ;u modificarea planificării, micșorarea productivității.

Cazul 2: Modificarea planificării în cazul varierii caracteristicilor definitorii ale semifabricatului, in Fig.25 se arată modificarea planificării de la un semifabricat la altul, în cazul modificării cerințelor semifabricatului și anume, a rugozității maxime. Se observă că odată cu micșorarea rugozității i - i -T c impuse, planificarea procesului se modifică pentru a respecta parametrul, în sensul măririi ι ΐ'Γ lăralui de poziționări succesive în timp.

Cazul 3. Comparație de productivitate între sistemul propus și sistemele actuale

Așa cum se arată în Fig.26 a, în cazul folosirii arhitecturii de sistem propus, productivitatea mărită datorită existenței gradului suplimentar de libertate și controlului folosind nu doar una sau doua restricții. în fig.26 b, se arată cazul procesării cu un strung CNC, cu o arhitectură clasică, folosind sistemul de programare actual, în care parametrii tehnologici se aleg din tabele și practic au fost ! nbiiiți la limita inferioară a valorilor restricțiilor.

i Ί·I 4: în cazul modificării adaosului de prelucrare la procesarea unui semifabricat pentru 20 de unirăți diferența intre mărimea adaos, cu aceleași valori ale parametrilor sistemului, se observă adaptabilitatea sistemului (Fig 27)

Dacă in cazul al doilea, restricțiile care au limitat poziționarea au fost lungimea așchiei și aria așchiei, datorate unui adaos de prelucrare mai mare, în primul caz, acestea nu au limitat poziționarea, singura restricție care a impus poziționarea a fost rugozitatea.

Fig.27 Modificării adaosului de prelucrare: a) adaos de prelucrare 20; b) adaos de prelucrare 40.

Γ νπιΐ 5 : Modificarea planificării, în cazul modificării profilului impus, folosind ca intrare în pr luful informatic aceleași valori ale parametrilor (Fig.28 ). Se observă că sistemul este capabil să ÎS; modifice planificarea pentru a realiza profilul impus. Datorită dimensiunii muchiei tăietoare se observă în figura, c, cum la poziția 4, aceasta a determinat planificarea.

Folosind aceeași parametri, cât și aceleași profiluri, observăm că există diferențe de planificare între cele două soluții. Bineînțeles, căutarea exhaustivă produce cele mai acurate rezultate, în sensul că productivitatea este maximizată, prin găsirea și încercarea tuturor pozițiilor posibile, în timp ce fbovjrrea modelării hoionice are o anumită rată de eșec în extremul funcției obiectiv. în urma expe i nentărilor a rezultat o rată de găsire a soluțiilor maximizate, cu până la maxim 10 % mai iu:,a decât căutarea exhaustivă Luând îrt considerare că, în același timp căutarea exhaustivă necesită un timp de procesare de până la 10 ori mai mare decât varianta holonică și, având în vedere că acest soft trebuie să controleze online procesul, consideram că varianta holonică este cea mai potrivită pentru conducerea sistemului de prelucrare.

Ir concluzie se poate afirma ca:

- în ceea ce privește modelarea holonică a cinematicii, avantajul vitezei de procesare pemru găsirea soluției față de căutarea exhaustivă arată puterea reprezentată de conceptul de imeligență distribuită;

- Limbajul de comunicare om-holon este capabil să descrie euristic problema de rezolvat;

- Arhitectura propusa si algoritmul specific arata ca domeniul de aplicare poate fi extins ia orice problema de căutare.

Claims (3)

1) Metoda de conducere a sistemelor tehnologice, caracterizata prin aceea ca, in scopul utilizării complete a capabilitatilor sistemului tehnologic, deși acestea variaza ce-a lungul b-ectoriei sculei, procesul de prelucrare este discretizat intr-un număr mare de cuante de proces, l-ccarei cuante fiindu-i stabilite durata, valorile optime ale parametrilor procesului, funcție de ' a:orile momentane si locale ale caracteristicilor sistemului tehnologic, si comenzile ce trebuie date sistemelor de acționare, pe durata respectivei coante de proces, astfel incat programul piesa este o planificare a sucesiunii cuantelor de proces, date, la intervale cunoscute de timp, sistemelor de acționare

2) Metoda de conducere a sistemelor tehnologice, conform revendicării 1, caracterizata I>rin aceea ca, in scopul utilizării complete a capabilitatilor sistemului tehnologic, deși acestea se modifica la trecerea de la un exmplar de semifabricat la altul, in cadrul aceluiași lot, anumite constante ale algoritmului de planificare a succesiunii cuantelor de proces pot fi periodic reactualizate, ceea ce face ca si șirul comenzilor date sistemelor de acționare sa fie reactualizat

3) Metoda de conducere a sistemelor tehnologice, conform revendicării 1, caracterizata p?*in aceea ca, in scopul diminuării timpului de calcul, discretizarea procesului de prelucrare in ^!ne de proces se face prin modelarea ansamblului cuantelor de proces ca o populație holonica, im cstiata cu reguli de evoluție, operații, legi instict si sistem de cunoștințe, care astfel devine o structura operaționala evolutiva, a cărei evoluție duce la soluția optimala a problemei cuantificării pi ocesului.