АСКОН дарит новую жизнь старому классификатору

И.В. Лавренов,
М.В. Новикова,
к.т.н., доц. Д.И. Троицкий,
Н.П. Шишкова

Опубликовано: "САПР и Графика" №6, 2002

Не секрет, что лень — один из главных двигателей прогресса. В любой области человеческой деятельности желательно достижение максимального результата с минимальными усилиями. В полной мере это относится и к задачам конструкторско-технологической подготовки производства. Здесь "лень" конструктора и технолога заключается в заимствовании ранее созданных проектных решений.
Каким образом технолог создает новый техпроцесс (ТП)? В соответствии с одним из положений закона Мэрфи: "Никогда не рисуйте то, что можно скопировать. Никогда не копируйте то, что можно обвести. Никогда не обводите то, что можно вырезать и наклеить". Технолог обращается к архиву типовых ТП, извлекает из него ТП на деталь, сходную с рассматриваемой, и на основе этого ТП создает новую технологию. Аналогичным образом поступает и конструктор при проектировании новой детали: он просматривает архив чертежей (в более продвинутом варианте — трехмерных моделей), выбирает подходящий вариант и модифицирует его.

В рассмотренной стройной схеме присутствует одно слабое звено: каким собственно образом мы найдем наиболее подходящее для заимствования проектное решение? Не позавидуешь участи технолога, перелопачивающего сотни типовых ТП. Единственное разумное решение здесь — введение классификационного признака (кода) каждой детали. Код позволит сгруппировать как конструкторскую документацию, так и технологии по некоторому ряду признаков и оперативно и обоснованно выполнять заимствование проектных решений.

Что же должно являться классификационными признаками детали? Пожалуй, лучше всех на аналогичный вопрос о классификации рыб ответил герой романа Жюля Верна "20 тысяч лье под водой" Консель, верный слуга профессора Аронакса: "Для меня все рыбы делятся на два класса: съедобные и несъедобные".

За последние сто лет была предложена масса самых разнообразных классификаторов — по геометрии, способу изготовления, материалу, трудоемкости и др. Очевидно, что для охвата как технологического, так и конструкторского аспектов задачи во главу угла необходимо поставить именно форму детали. Конструктору нужна похожая по форме модель для ее модификации в модель вновь проектируемой детали. Технологу нужен ТП на похожую по форме деталь, поскольку форма оказывает решающее влияние на процесс изготовления. Налицо потребность промышленности в классификаторе геометрических форм объектов.

И такой классификатор был создан. В 70—80 годы XX века в рамках разработки Единой системы конструкторской документации в нашей стране родилась уникальная вещь — иллюстрированный классификатор ЕСКД, состоящий из ста классов и охватывающий все мыслимые объекты производства. В этот классификатор был вложен поистине титанический труд его создателей, проанализировавших огромное количество выпускаемых деталей и узлов и выделивших их характерные классификационные признаки.

Позиционная шестиразрядная классификационная характеристика детали в классификаторе ЕСКД имеет структуру, показанную на рис. 1.

Рис.1. Структура классификационной характеристики

Классификация представляет собой десятичную иерархическую систему с пятью уровнями деления. Каждый класс последовательно делится на девять подклассов, каждый подкласс — на девять групп, каждая группа — на девять подгрупп, каждая подгруппа — на девять видов.
В качестве классификационных признаков для деталей общемашиностроительного применения создателями классификатора были выбраны:

• конструктивные характеристики отдельных элементов детали,
• взаимное расположение элементов детали,
• параметрические признаки.

Геометрическая форма детали является наиболее объективным и стабильным признаком при ее описании. Этот признак почти не подвергается индивидуальной интерпретации. Конструктивная характеристика отдельных элементов детали и их взаимное расположение конкретизируют геометрическую форму. Параметрический признак характеризует соотношение конструктивных параметров деталей. Например, в классе 71 "Тела вращения" детали делятся на подклассы в зависимости от величины отношения их длины к диаметру. Этот признак разделяет "длинные" (валы, оси, пальцы, стержни) и "короткие" (диски, кольца, фланцы, шкивы) детали.

Казалось бы, все хорошо: есть общенациональный классификатор, его использование предусмотрено требованиями ЕСКД (шестиразрядный код должен входить в обозначение каждой российской детали) — берите и пользуйтесь! Но… Уважаемый читатель, вы хоть раз видели этот код в основной надписи чертежа? Мы тоже не видели.

В чем же дело? Как получилось, что столь грандиозный труд оказался невостребованным в промышленности? Увы, как это у нас принято, хорошую идею погубили мелочи. Среди объективных причин приходится назвать низкое качество иллюстраций в единственном издании Госстандарта, вышедшем в 1986—1991гг., его малый тираж, наличие в части тиража ошибок и опечаток, отсутствие официальной электронной версии классификатора. Поиск подходящего эскиза среди нескольких тысяч изображений, мелко напечатанных на желтоватой бумаге, не вызывает энтузиазма даже у самого добросовестного конструктора. Технологическая служба, в свою очередь, должна выполнять дополнительный объем работ по упорядочению и ведению банка типовых ТП. Попытки ввести обязательное использование классификатора административными мерами, как правило, приводят к тому, что коды назначаются "с потолка", тела вращения оказываются в одной группе с корпусными деталями, и несколько месяцев спустя данное начинание отмирает само собой.


Рис.2. Пример дерева правил вывода (класс 71)

Итак, существует насущная задача автоматизации процесса назначения классификационного кода. Как показали наши консультации с конструкторами и технологами, главное требование, предъявляемое к электронному классификатору — четкость и однозначность классификации, чтобы два разных человека, рассматривая одну и ту же деталь, пришли бы к одному и тому же коду. Помимо этого, процесс назначения кода должен быть максимально необременительным и занимать не более 3..5 минут.

Очевидно, простой перевод эскизов классификатора в электронную форму (что само по себе — нетривиальная задача, учитывая бесперспективность сканирования мелких эскизов низкого качества) проблемы не решает. Критерии "похожести" должны быть четко заданы, а эскизы будут лишь вспомогательным средством для контроля процесса. Таким образом, речь идет о разработке экспертной системы для классификации объектов по их геометрическим признакам.

К счастью, создатели классификатора ЕСКД позаботились и об этом. Правда, в не совсем явном виде, но в классификаторе все же присутствуют наборы признаков, анализируя которые, можно построить дерево правил вывода экспертной системы. Начало такого дерева для класса 71 "Тела вращения" показано на рис. 2. Дерево получается сильно ветвящимся — по ряду классов число признаков достигает двухсот. В то же время определение одного признака вдвое сокращает число кодов-претендентов. В итоге для получения кода конструктору придется ответить всего на 9..15 вопросов — поистине минутное дело!

Рассмотрим простой пример (рис. 3).

Рис.3. Чертеж детали (а) и ее классификационные признаки (б)

Деталь (рис. 3,а) является телом вращения, имеет длину, меньшую половины диаметра, наружную поверхность цилиндрическую без закрытых уступов, ступенчатую двухстороннюю без наружной резьбы. У нее присутствует гладкое центральное сквозное отверстие, цилиндрическое без резьбы, круглое в поперечном сечении. У детали нет кольцевых пазов на торцах, пазов и шлицев на наружной поверхности, отверстий вне ее оси. Ответив всего на 11 простых и ясных вопросов, мы определили класс детали — в данном случае это 711441.

Работа по созданию электронной экспертной системы на базе классификатора ЕСКД была начата несколько лет назад на кафедре "Автоматизированные станочные системы" Тульского государственного университета по инициативе ее заведующего — д.т.н., проф. А.Н. Иноземцева. Активное сотрудничество кафедры с тульским представительством компании АСКОН привело к выпуску уникального продукта — Классификатора ЕСКД, позволяющего быстро и эффективно установить классификационный код на деталь, получаемую резанием (классы 71..75). В процессе разработки удалось перевести в векторный вид свыше 8000 эскизов, установить наборы классификационных признаков каждого класса, создать универсальный программный модуль, допускающий подключение неограниченного количества новых классов (рис. 4).

Рис.4. Долгожданный классификатор ЕСКД — теперь в электронном виде

Классификатор ЕСКД может эксплуатироваться и как отдельное приложение, и как интегрированная часть системы КОМПАС-ГРАФИК. Для назначения кода конструктор выбирает подходящий класс (тела вращения, корпусные детали, штампованные детали и т.д.) и при помощи хорошо знакомого каждому пользователю компьютера интерфейса с кнопками Назад и Далее последовательно отвечает на ряд вопросов о характерных конструктивных признаках классифицируемой детали. В результате система автоматически переходит к нужному эскизу и отображает его код. Можно и просто "листать" базу данных с высококачественными векторными изображениями, тем более что для каждого из них предусмотрена функция просмотра набора классификационных признаков. Как видим, все просто. Но за этой простотой — многолетний труд разработчиков.

Электронный Классификатор ЕСКД — краеугольный камень в повышении эффективности работы конструкторов и технологов. Мы не без основания считаем, что данный продукт должен эксплуатироваться на каждом машиностроительном предприятии, желающем раз и навсегда покончить с то и дело возникающей путаницей в документации, повысить производительность труда конструкторов и технологов и качество принимаемых ими проектных решений.