GÉPELEMEK KIVÁLASZTÁSÁNAK TÁMOGATÁSA TUDÁSALAPÚ SZÁMÍTÓGÉPES RENDSZER SEGÍTSÉGÉVEL Takács Ágnes PhD. hallgató Miskolci Egyetem, Gépelemek Tanszéke 1
BEVEZETÉS
A XXI. század a felgyorsult élet, a rohamos muszaki-technológiai fejlodés százada. A muszaki tervezo rendszerek egyre gyorsabban és egyre nagyobb számban konstruálnak különféle muszaki eszközöket, a dinamikus élet kényelmét segíto termékeket, gépeket. A tervezomérnök feladata ezáltal egyre nehezebbé válik, hiszen már nem csak az új-, vagy újszeru megoldás optimálása, hanem az ido korlátossága is kihívást jelent. Ennek megfeleloen a számítógépes alkalmazások szerepe a muszaki tervezésben napról napra növekvo jelentoséggel bír, az optimális megoldás gyors megtalálását ma már nagy hatékonysággal segítik a szakértoi rendszerek. A szakértoi rendszerek feladata a legjobb megoldás keresése, melyet tudásbázisok, különféle adattáblázatok tesznek lehetové. A cikk egy olyan segédprogramot mutat be, mely egy adatbázis alapján, a felhasználó igényeinek megfelelo tengelykapcsolóra tesz javaslatot. 2
MÓDSZERES GÉPTERVEZÉS
A tervezomérnök küldetése tehát az, hogy megtalálja egy-egy adott muszaki probléma optimális megoldását azon lehetoségek határain belül, melyet a muszaki tudományok fejlettségi szintje és a társadalom pillanatnyi igényei határoznak meg. Vagyis egy termék megszületésének legizgalmasabb és legnehezebb szakasza, a koncepcionális tervezés, teljes egészében a terméktervezore hárul. A koncepcionális tervezés a tervezési folyamat azon szakasza, mely során a mérnö k a piac által támasztott követelmények és igények, valamint saját ismeretei alapján meghatározza a termék fobb paramétereit, funkcionális részegységeit, valamint az ezen részegységek közt fellépo fizikai hatásokat. A géptervezés módszertanának –és ezen belül a koncepcionális géptervezésnek–, mint önálló tudományterületnek a kutatását a XX. század felgyorsult technikai fejlodése kényszerítette ki, polarizálva a jelentos tervezo iskolákat. A módszeres géptervezés alapgondolata az, hogy a konstruktor a megoldás keresése során ne csak saját ötletét vegye figyelembe, hanem használja fel mások dokumentált tudását, valamint a részfunkciók kombinációjából származtatható „mesterséges ötleteket”. Így a probléma legjobb megoldása nagyobb valószínuséggel található meg. A módszeres géptervezés egyik jelentos alakja és módszertanának kutatója Karlheinz Roth, aki a katalógus alapú tervezési módszert alapozta meg. Elmélete egy egyenesen elore haladó koncepcionális tervezési folyamatot vázol fel, amely azonban mindig visszatér a feladatmegfogalmazáshoz, amennyiben a tervezési folyamat során nagy jelentoséggel bíró követelményjegyzékrol kiderül, hogy hiányos, nem pontos, vagy akár hibás (1. ábra). A koncepcionális tervezési folyamat elso lépése Roth elmélete szerint a feladat pontos megfogalmazásával kezdodik, mely funkciójegyzék és követelményjegyzék összeállítását jelenti. A funkciójegyzék nem más, mint a fizikai hatások, hatáselvek meghatáro-
zásából, megfogalmazott funkciók listája. Roth a hatásokon alapuló funkciókat általánosan fogalmazza meg. Módszere szerint a teljes koncepcionális tervezés háromféle funkcióstruktúrával fedheto le, melyek mindegyike egymásba átviheto tervezési katalógus segítségével.
1. ábra. A tervezési folyamat Roth szerint Roth szerint egy feladatot (összfeladatot), mely folyamatok egész sorát tételezi fel, könnyebb akkor megoldani, ha azt részfeladatokra lehet bontani. A komplex feladat kisebb részfolyamatokra való bontásának az az alapja, hogy az összfeladatot olyan egyszeru feladatokra kell visszavezetni, melyeknek már ismertek jól muködo megoldásai. Érvényes ez a megállapítás a funkciók meghatározására is. Az összfeladat megfogalmazása tehát több, idoben egymás után következo olyan részfeladat meghatározásából tevodik össze, melyek mindegyikéhez adott funkció-megfogalmazások tartoznak. Ezek szerint nemcsak az össz- és részfeladatok eloírása között, de az egyes funkciók között is hierarchikus kapcsolat figyelheto meg. Az általános funkciókat (energia /anyag /információ tárolása /vezetése /átalakítása /megváltoztatása és összekapcsolása) általános funkcióstruktúrákba foglalja, melyek leírják egy szerkezet elvi muködésének folyamatát. Ezekhez katalógus segítségével fizikai elveket, hatásokat, axiómákat rendel, így fizikai funkcióstruktúrákat épít fel, melyek adott esetben logikai,- vagy vektoriális funkcióstruktúrával is helyettesíthetok. Ezen funkcióstruktúrákból katalógus segítségével geometriai funkcióstruktúrákat hoz létre, melyek tulajdonképpen egy-egy részegység egymáshoz való kapcsolódására mutatnak lehetoséget mechanizmusok formájában. Roth különös figyelmet szentel a követelményjegyzék összeállításának. Teóriája szerint az igények listájának nem egy meghatározott tervezési szakaszhoz kell kötodnie,
hanem az egész tervezési folymatra érvényesnek kell lennie. Ennélfogva a követelmény jegyzék a feladat megfogalmazásától kezdve folyamatosan bovül. Roth háromféle követelmény jegyzéket gyujtött össze: • termékre vonatkozó kérdésgyujtemény • termékkörnyezet-analízis • a termék életszakaszainak vizsgálata A termék életszakaszainak vizsgálata a termék teljes élettartamára vonatkozik, így a három közül ez a módszer tekintheto a legösszetettebbnek. A követelmény jegyzék a Franke által javasolt ún. kereso mátrixra épül. A kereso mátrix lényege, hogy a termékre, vagy annak egy részére a termékéletút során különbözo tulajdonságokat és feltételeket fogalmazunk meg. A Franke-mátrix 90 kereso mezojében 250 kérdés –köztük egészen konkrét is– található. A konstruktor feladata, hogy ezen kérdések alapján az adott termékre vonatkozó válaszokat elozetesen összeállítsa. A Roth által összeállított, a termék életszakaszainak vizsgálatára irányuló követelményjegyzék meghatározó eleme a Franke-féle kereso mátrix. 3
TERVEZÉS KATALÓGUSOKKAL
Roth morfológiai elmélete teljes egészében az általa összeállított tervezési katalógusokra épül. Ezeknek a táblázatoknak a legfobb elonye azon túlmenoen, hogy a már meglévo elveket, megoldásokat rendszerezik, hogy számos kiegészíto tulajdonságot tartalmaznak a muszaki megoldás fizikai, mechanikai tulajdonságait illetoen. A tervezoi katalógusok három nagy egységre bonthatók úgy, mint csoportosítás, fo rész, illetve kiegészíto jellemzok. A fo rész tartalmazza a rendszerezett elemek megnevezését, valamint egy-egy magyarázó ábrát. Ez a tulajdonság-táblázat a módszeres géptervezés kialakítási fázisában használható fel. A Roth-féle katalógusoknak három csoportja létezik, melyek a tárgykatalógusok, a muveletkatalógusok, valamint a megoldás-katalógusok. A tárgykatalógusok a tervezéshez szükséges, feladattól független alapveto fizikai, geometriai, technológiai, anyagszerkezettani ismereteket tartalmazzák. A muveletkatalógusok muveleteket, muveleti sorrendeket foglalnak magukba, illetve ezek alkalmazási feltételeire, valamint felhasználási kritériumaira vonatkozóan tartalmaznak leírást. A megoldás-katalógusok meghatározott feladathoz funkciókat, meghatározott funkciókhoz hat ásokat, meghatározott hatásokhoz megfelelo hatáshordozókat, meghatározott hatáshordozókhoz megfelelo körvonalakat, illetve ezekhez, az eloállításhoz szükséges gyártási eljárásokat rendeli hozzá. Roth számos olyan tervezési katalógust dolgozott ki, melyek segítségével a tervezési folyamat könnyebbé, de mindenek elott gyorsabbá teheto. Azonban az általa gondosan kidolgozott tudás-mátrixokat, adattáblázatokat a technikai fejlodés miatt folyamatosan bovíteni kell, illetve abban az esetben, ha a bennük tárolt tudást a humán eroforrás dolgozza fel, nem muködhetnek a legjobb hatásfokkal. A gyorsabb feldolgozás, valamint a nagyobb hatékonyság elérése miatt válnak szükségessé a számítógépre adaptált tervezési katalógusok.
4
A SZAKÉRTOI RENDSZEREK
A szakértoi rendszerek fejlesztése az 1950-es években kezdodött el, azonban ebben az idoszakban a kutatásoknak gyakorlati eredménye még nem született, így a mesterséges intelligencia lehetoségét elvetették. Az ötlet csak a 70-es évekre hozott gyakorlati jelentoségu eredményt, a MYCIN elnevezésu orvosi szakértoi rendszer sikerének köszönhetoen. Ez a rendszer a fertozo betegségek terén képes volt arra, hogy a feltett kérdésekre kapott válaszokból a betegség típusára következtessen, illetve tanácsokkal lássa el a felhasználót. A szakértoi rendszerek tehát képesek arra, hogy egy adott adatbázis segítségével, elore megfogalmazott kérdésekre kapott válaszok alapján következtetni tudnak az optimális megoldásra. A mesterséges intelligenciáknak vannak olyan fajtái is, mellyek képesek arra, hogy adatbázisaik bármikor bovíthetok legyenek, tehát maga a rendszer tanítható. A British Computer Society szakértokbol álló csoportja 1983-ban a következo képpen fogalmazta meg a szakértoi rendszerek definícióját: „Egy szakértoi rendszert a számítógépben tárolt ismeretbázis megjelenítéseként értelmezünk, ahol a szakértoi ismeretek olyan formában tárolódnak, hogy a rendszer képes intelligens tanácsot, vagy döntést hozni az adott kérdéssel összefüggésben. További jellemzo, melyet sokan alapvetonek is tartanak, a rendszernek az a képessége, hogy –igény szerint és az érdeklodo számára alkalmas módon– igazolja is saját okfejtését”. Ennek a terminológiának megfeleloen a Roth által javasolt tudás mátrixok, táblázatok, fix adatbázisú szakértoi rendszer tudástáraiként foghatók fel. 5
GÉPELEM VÁLASZTÓ PROGRAM
A gépészeti tervezés alapelemei, a különféle gépelemek, számos csoportra, fajtára oszthatók. Tervezoik minden egyes gépelemet egy-egy meghatározott funkció ellátására hoztak létre; sok esetben olyan integrált gépelemekkel is találkozunk, melyek a funkció-összevonás elvét felhasználva több funkció megvalósítására is alkalmasak. A sajátfejlesztésu Gépelem választó program jelenlegi verziója a tengelykapcsolók közül segít kiválasztani a felhasználó igényeinek,- illetve az aktuális feladat elvégzésére leginkább megfelelo változatot. A tengelykapcsolók olyan gépelemek melyek két tengelyvég között nyomaték, fordulatszám illetve teljesítmény átadására szolgálnak. A tengelykapcsoló a hajtástechnika egyik fontos eleme, ezért napjainkban is egyre jobban fejlodik, egyre inkább specializálódik, így áttekintése is egyre bonyolultabbá válik. Ezért elkerülhetetlen a különbözo osztályozások szempontjából lényeges közös tulajdonságok elozetes megállapítása, a tengelykapcsolók tulajdonság-mátrixba, tervezési katalógusba történo besorolása. (Terjedelmi okok miatt ennek bemutatására itt nem nyílik lehetoség.) A Tengelykapcsoló kiválasztó program tulajdonképpen az eloállított adatbázist dolgozza fel annak megfeleloen, hogy a felhasználó a tulajdonság panelen milyen muködési jellemzoket állított be. A tulajdonság panel bezárása után a foablakon a beállított jellemzok, majd a program által javasolt lehetséges alternatívák is megjeleníthetok. A program tehát egy adatbázis alapján keresi ki a felhasználó által beállított paramétereknek megfelelo lehetoségeket. A program úgy lett kialakítva, hogy az adatbázis a felhasználó által s zerkesztheto, bovítheto legyen.
2. ábra. A Gépelem választó program felhasználói felülete, illetve egy példa adatbázis 6
KONKLÚZIÓ
A Gépelem kiválasztó program használata során bebizonyosodott, hogy a Roth-féle tervezoi katalógusokat a hatékonyabb muködés érdekében célszeru számítógépi környezetbe ültetni. Megállapítottuk, hogy az általános Roth-féle tervezoi katalógussal szemben (ahol az oszlopok tartalma és az oszlopok sorrendje nem volt mereven kötött) a számítógépre adaptált változat adatbázis-struktúráját oszlopról oszlopra haladva, a döntési lánc logikájának megfeleloen kell kialakítani. A Tengelykapcsoló kiválasztó program gyakorlati hasznát figyelembe véve, a jövoben célszeru egyéb, Roth-féle katalógus alapján csoportosított elemek számítógépi adaptálása is. 7
IRODALOMJEGYZÉK
[1] HANSEN, F.: Konstruktionssystematic– Grundlagen für eine allgemeine Konstruktionslehre, ETO 621.002.2, VEB Verlag Technik, Berlin, 1965. [2] HUBKA, V.; EDER, W. E.: Einführung in die Konstruktionswissenschaft, ISBN 3 540 54832 7, Springer-Verlag, Berlin, 1992. [3] KAMONDI, L.: Tervezéselmélet, Phare HU0008-02, Miskolc 2003. [4] NILSSON, N.J.: Principles of Artificial Intelligence, Springer-Verlag, Berlin, 1982. [5] PAHL, G.; BEITZ W.: Konstruktionslehre– Handbuch für Studium und Praxis, ISBN 963 10 3796 7, Springer-Verlag, Berlin, 1981. [6] ROTH, K.: Konstruieren mit Konstruktionskatalogen, ISBN 0 387 09815 1, Springer-Verlag, Berlin, 1982. [7] TAJNAFOI, J.: Szerszámgéptervezés I., Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest 1973. [8] TERPLÁN, Z.; NAGY, G.; HERCZEG, I.: Mechanikus tengelykapcsolók, Muszaki Könyvkiadó, Budapest, 1966.
