1.5. Проблемы и принципы построения адаптивных РТК с элементами искусственного интеллекта

Характерной особенностью функционирования РТК в составе ГАП является не детерминированность (не определенность) обстановки в рабочей зоне и не стационарность (вариативность) производственных условий. Причиной неопределенности может быть, например, отсутствие точных данных о расположении и ориентации деталей в рабочей зоне, недостаток информации о массоинерционных характеристиках заготовок. Не стационарность проявляется в вариативности рабочей обстановки, в дрейфе параметров оборудования РТК, в постоянно действующих возмущениях и помехах, которые к тому же могут непредсказуемо изменяться в широком диапазоне, в износе или поломке инструмента, в возникновении непредвиденных препятствий и т. п.

В подобных не детерминированных и нестационарных условиях традиционные средства цифрового программного управления РТК часто приводят к резкому ухудшению качества выпускаемой продукции или к аварийным ситуациям, порождающим остановку ГАП. Последнее особенно нежелательно, а в ряде случаев просто недопустимо. Чтобы избежать этих неблагоприятных последствий, приходится усложнять систему автоматического управления путем введения в нее специальных средств очувствления и адаптации, а также элементов искусственного интеллекта.

Таким образом, неизбежная на практике вариативность и неопределенность условий функционирования ГАП порождает специфическое требование к их системе управления и, в частности, к системе управления РТК, заключающееся в том, что эти системы обязательно должны быть адаптивными. Более того, в ряде случаев возникает необходимость в том, чтобы системы управления РТК были не только адаптивными, но и обладали определенными элементами искусственного интеллекта. РТК с такими системами автоматического управления относятся ко второму и третьему поколениям. Они принципиально отличаются от РТК первого поколения способностью адаптироваться к непредсказуемо изменяющейся рабочей обстановке и решать технологические задачи интеллектуального характера. Среди этих задач важнейшими являются следующие: планирование операций и выбор оптимальных технологических маршрутов обработки изделий; автоматическое программирование и оптимизации движений исполнительных механизмов РТК; распознавание деталей в рабочей зоне и определение их геометрических характеристик; диагностика состояния оборудования (в частности, инструмента) РТК.

Рассмотрим общие принципы построения адаптивных РТК с элементами искусственного интеллекта. Конкретизация этих принципов в форме соответствующего алгоритмического и программного обеспечения для цифровых систем адаптивного управления РТК приводится в последующих разделах. Там же описываются примеры РТК второго и третьего поколений, свидетельствующие о несомненных преимуществах адаптивного и интеллектуального управления по сравнению с программным.

Проектирование адаптивных РТК с элементами искусственного интеллекта для ГАП должно проводиться в рамках единого подхода, существенно опирающегося на использование ЭВМ. Основными принципами такого подхода являются следующие.

1. Принцип системности. ГАП, в состав которых входят адаптивные РТК с элементами искусственного интеллекта, представляют собой сложную автоматическую производственную систему. Для обеспечения высокой эффективности использования ГАП необходим системный подход к проектированию и созданию РТК. В рамках такого подхода РТК нацеливается на решение определенной совокупности взаимосвязанных производственных задач и дело сводится к выбору конкретного места и функций РТК в общей структуре ГАП, к модульному проектированию РТК требуемого типа на базе существующего и нового оборудования, к введению средств адаптации и элементов искусственного интеллекта в систему автоматического управления для обеспечения надежности и живучести РТК в изменяющихся производственных условиях и т. п. Системный подход требует также специальных средств для обновления информационных массивов, диагностики оборудования и инструмента, самонастройки роботов и технологического оборудования. Важную роль играет учет системного окружения РТК, в качестве которого, как это видно из рис. 1.3, выступает ГАП.
2. Принцип безбумажной информатики. При проектировании адаптивных систем управления и элементов искусственного интеллекта важное значение имеют "очувствление" РТК и создание проблемно-ориентированного автоматизированного банка данных (АБД). Последний, взаимодействуя с системами связи и очувствления, находится в состоянии непрерывного обновления. АБД реализуется в памяти ЭВМ и содержит информацию, необходимую для автоматического программирования и адаптивного управления роботами и технологическим оборудованием РТК. Поэтому создание и поддержание АБД как важнейшего звена информационной системы РТК представляет собой первый шаг на пути к организации безбумажной информатики для эффективного управления РТК. Важно отметить, что хранение всей производственной информации в памяти ЭВМ придает системе управления РТК определенную гибкость, а именно: возможность непосредственного оперативного использования этой информации в алгоритмах адаптивного управления и способность к быстрой перестройке алгоритмов при изменении технологических процессов. При этом информационные потоки замыкаются через АБД и отпадает необходимость в ручном вводе или обработке информации. Таким образом, принцип безбумажной информатики требует, чтобы вся информация, необходимая для автоматического программирования и адаптивного управления РТК, хранилась непосредственно на машинных носителях (магнитных лентах, дисках, перфолентах и т. п.) и поступала по каналам прямой и обратной связи. При этом вообще отпадает необходимость в традиционной обработке печатной информации и резко увеличивается оперативность и гибкость управления.
3. Принцип гибкости. Под гибкостью РТК обычно подразумевается его способность быстро перестраиваться с одних технологических операций на другие. Это достигается путем автоматического перепрограммирования и перенастройки системы управления РТК, т. е. за счет гибкости управления. Гибкость РТК проявляется также в широком выборе программ движения роботов и оборудования, обеспечивающих требуемый технологический процесс. Поскольку технологические процессы, реализуемые в ГАП, время от времени меняются, то это обстоятельство предъявляет к РТК требование потенциальной гибкости в широком диапазоне технологий, определяемом классом выпускаемой продукции. Важную роль в обеспечении гибкости РТК играет принцип групповой технологии [33].
4. Принцип адаптации. В основе адаптивного управления РТК лежит принцип обратной связи с самонастройкой. Согласно этому принципу система управления строится так, что вырабатываемые ею управляющие воздействия в каждый момент времени зависят от состояния РТК в этот момент и от производственной обстановки. Источником сигналов внутренней и внешней обратной связи служат датчики информационной системы РТК. Информация с этих датчиков непрерывно анализируется. Если качество управления оказывается неудовлетворительным (т. е. реальные движения рабочих органов РТК значительно отклоняются от программных), то включается блок адаптации, осуществляющий самонастройку структуры и параметров системы управления. Этот блок будем называть адаптатором. Цель адаптации заключается в автоматической корректировке управляющих воздействий так, чтобы скомпенсировать наметившееся отклонение от заданной программы, чем бы оно не было вызвано. Обычно причиной отклонений являются производственные возмущения, дрейф и неопределенность параметров элементов РТК. Благодаря самонастройке система управления автоматически подстраивается и приспосабливается к непредсказуемо изменяющимся условиям эксплуатации РТК. Поэтому блок адаптации (адаптатор) можно рассматривать как принципиально новый элемент - своеобразную надстройку над обычной цифровой системой программного управления, который и обеспечивает надежную отработку заданной программы движения в частично неопределенной и изменяющейся, производственной обстановке. Адаптация целесообразна не только на уровне формирования управляющих воздействий, подаваемых непосредственно на исполнительные приводы РТК, но и на более высоком уровне программирования движений роботов и технологического оборудования. В этом случае производится автоматическая коррекция программы движения, вызванная, например, износом инструмента на станке или появлением неожиданного препятствия перед роботом. Важно отметить, что роботы с адаптивным управлением могут манипулировать неориентированными деталями и объезжать препятствия. Программирование движений и настройка системы управления таких роботов в составе адаптивных РТК могут производиться без вмешательства человека.
5. Принцип оптимальности. При автоматическом программировании движений роботов и оборудования РТК в соответствии с заданным технологическим процессом естественно стремиться к тому, чтобы синтезируемые программные движения были оптимальными, т. е. наилучшими в смысле заданного критерия качества. Обычно критерии качества характеризуют энергетические или временные затраты. Так, построение программных движений из условия минимизации времени выполнения технологических операций позволяет достичь максимальной производительности РТК с учетом имеющихся ограничений и ресурсов. Принцип оптимальности играет важную роль не только при автоматическом программировании движений РТК. Исходя из этого принципа можно оптимизировать также алгоритмы управления РТК. Важнейшими критериями оптимальности РТК являются максимальная загрузка оборудования и минимальное время производственного цикла.
6. Принцип иерархичности. Методологической основой проектирования адаптивных систем управления с элементами искусственного интеллекта для РТК, функционирующих в частично неопределенных условиях ГАП, является принцип иерархической декомпозиции 1115, 127]. Главное достоинство этого принципа заключается в том, что он позволяет свести сложную задачу адаптивного и интеллектуального управления к более простым иерархически связанным задачам. Среди этих задач важнейшими являются следующие: распознавание производственных ситуаций и диагностика состояний РТК; моделирование РТК и обстановки в рабочей зоне; программирование и оптимизация движений рабочих органов РТК; самонастраивающееся управление приводами РТК. Конкретизация указанных задач и выбор алгоритмов их решения зависят от назначения РТК и условий его работы в составе ГАП. Проектирование адаптивных систем управления с элементами искусственного интеллекта с позиций принципа иерархической декомпозиции позволяет распараллелить процессы распознавания, диагностики, моделирования, программирования, управления и самонастройки. Это особенно важно для обеспечения возможности адаптивного управления РТК в реальном времени.
7. Принцип модульности. Объем работ по созданию адаптивных РТК для ГАП настолько велик, что неразумно и экономически не оправдано их индивидуальное проектирование. Необходима унификация РТК, включающая унификацию их адаптивных систем управления и элементов искусственного интеллекта. В основе унификации РТК лежит принцип модульности [33, 34, 86]. Суть этого принципа заключается в том, что при проектировании РТК следует использовать: типовые роботы с модульной конструкцией и унифицированное технологическое оборудование и оснастку; типовые датчики и линии связи; типовые средства вычислительной техники; типовые программные модули для адаптивных систем управления и т. п. В мировой практике уже создано большое число унифицированных модулей для РТК и ГАП. Достоинства модульного подхода хорошо известны. К ним относятся: возможность быстро создавать из типовых модулей различные компоновки РТК применительно к конкретным нуждам ГАП; возможность оперативно заменять отдельные модули более совершенными или вводить в состав РТК новые модули. Последнее особенно важно, поскольку позволяет создать адаптивные РТК с элементами искусственного интеллекта поэтапно, добавляя к уже существующему РТК дополнительные модули (например, добавляя программные модули, реализующие соответствующие элементы искусственного интеллекта). Таким образом, модульный подход обеспечивает постепенное развитие функциональных, адаптационных и интеллектуальных возможностей РТК и преемственность поколений: по мере совершенствования ГАП РТК с программным управлением могут "переродиться" в РТК с адаптивным управлением, а последние - в РТК с элементами искусственного интеллекта. Применительно к РТК второго и третьего поколений первостепенное значение имеет принцип модульности в алгоритмическом и программном обеспечении систем управления. Помимо основных функциональных модулей РТК, реализующих алгоритмы адаптации и искусственного интеллекта, в этих системах важная роль отводится обслуживающим (сервисным) программным модулям. Практическая реализация программных модулей адаптивных систем управления с элементами искусственного интеллекта для РТК требует создания специальных мультимикропроцессорных вычислительных сетей, которые являются центральным элементом системы управления ГАП.

продажа элитных квартир