к. т. н. Фролов В.В.

Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина

Использование генетических алгоритмов для решения комбинаторно-оптимизационных задач технологического проектирования

Для разработки методик проектирования с помощью генетических алгоритмов определим исходные понятия, используемые в процессе проектирования:

1. Технологический фрейм это структура данных, которая содержит устойчивые стереотипные отношения между элементами технологической системы, обеспечивающие проектирование конкретных гомоморфных технологических систем.

2. Основой для проектирования и распознавания технологических фреймов является понятие технологической цепочки. Технологической цепочкой будем называть множество методов обработки, для изготовления конкретных поверхностей всей детали, на котором устанавливается частичный порядок или предпорядок с двумя типами бинарных отношений порядка и эквивалентности. Такие типы отношений обеспечивают реализацию принципов дифференциации и концентрации технологических операций.

3. Совокупность символов алфавита, соответствующих методам обработки, и правил вывода образует технологическую грамматику, которая может порождать различные правильные, в смысле этой грамматики, цепочки.

4. Возможности и ориентация технологически замкнутого участка определяется набором технологических фреймов. Технологически замкнутый участок потенциально может реализовать определенное количество технологических цепочек. Следовательно, при проектировании технологии механической обработки необходимо сформировать набор фреймов, описывающих функционирование технологической системы.

5. При формировании технологических цепочек их правильность должна проверяться на основе анализа информационной модели детали и связей, определяющих положение конструктивных элементов детали в пространстве.

6. Вычисление трудоемкости обработки на основе штучного времени при оценке эффективности отдельного технологического фрейма, выполняется с помощью искусственных нейронных сетей (ИНС), которая состоит из формальных нейронов специального вида перцептронного типа.

7. Проектирование технологии механической обработки на основе формулы технологической структуры предполагает наличие двух этапов. Первый – формирование исходного множества методов обработки, содержащего подмножества с линейным порядком, связанные с одной обрабатываемой поверхностью, на основе которого формируется множество с предпорядком, где нет деления на подмножества по отношению к каждой поверхности, но есть частичный порядок между методами обработки, установленный с применением обобщенных правил формирования ТП обработки машиностроительных деталей.

Учитывая все выше приведенное, решать задачи оптимизации нужно на двух уровнях, где для каждого уровня должна быть своя хромосома. Хромосома первого уровня содержит данные о методах обработки отдельных поверхностей и сценариях обработки всей детали. Хромосома второго уровня определяется согласно сценарию первого уровня и содержит данные о технологических фреймах.

Методика технологического проектирования в этом случае следующая:

1. На первом уровне генерируется случайным образом генеральная совокупность методов обработки конструктивных элементов в виде подмножеств маршрутов и набор правил, определяющих как на исходном множестве методов устанавливать частичный порядок.

2. На втором уровне по сценарию обработки формируется хромосома, где в качестве генов выступают элементы уровня операционной технологии (см. рис. 1). Для позиций существуют наборы фреймов структуры, которые при формировании популяции случайным образом соотносятся с генами хромосомы.

Рисунок 1 – Структура хромосом

3. Проектирование на втором уровне заключается в подборе фреймов для каждой позиции таким образом, чтобы обеспечить оптимум функции фитнесса, которая рассчитывается с помощью ИНС. Каждый фрейм фиксирует определенную структуру, на основе которой выполняется выделение подмножеств и частичное упорядочивание исходного множества. Основная задача этого уровня сформировать ТП оптимальный для исходного множества методов, которое зафиксировано на первом уровне, по заданным критериям оценки.

4. На первом уровне используется аналогичная функция фитнесса, но уже для отбора оптимальных исходных множеств. Тогда, на первом уровне имеем популяцию хромосом, где каждая определяет исходное множество методов, сценарий обработки и оптимальный технологический процесс для этого сочетания. Оптимальное проектирование, в этом случае, заключается в выборе лучшей хромосомы в смысле функции фитнесса.