کاربرد الگوریتم ژنتیک در برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر(CAPP) در محیطهای صنعتی مختلف
کاربرد الگوریتم ژنتیک در برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر(CAPP) در محیطهای صنعتی مختلف
| دسته بندی | کامپیوتر و IT |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 1.014 مگا بایت |
| تعداد صفحات | 98 |
دریافت فایل
چکیده
در یک محیط صنعتی توزیع شده، کارخانه های مختلف و دارای ماشین ها و ابزارهای گوناگون در مکان های جغرافیایی مختلف غالبا به منظور رسیدن به بالاترین کارایی تولید ترکیب می شوند. در زمان تولید قطعات و محصولات مختلف ، طرح های فرایند مورد قبول توسط کارخانه های موجود تولید می شود. این طرحها شامل نوع ماشین، تجهیز و ابزار برای هر فرآیند عملیاتی لازم برای تولید قطعه است. طرح های فرایند ممکن است به دلیل تفاوت محدودیت های منابع متفاوت باشند. بنابراین به دست آوردن طرح فرایند بهینه یا نزدیک به بهینه مهم به نظر می رسد. به عبارت دیگر تعیین اینکه هر محصول درکدام کارخانه و با کدام ماشین آلات و ابزار تولید گردد امری لازم و ضروری می باشد. به همین منظور می بایست از بین طرحهای مختلف طرحی را انتخاب کرد که در عین ممکن بودن هزینه تولید محصولات را نیز کمینه سازد. در این تحقیق یک الگوریتم ژنتیک معرفی می شود که بر طبق ضوابط از پیش تعیین شده مانند مینیمم سازی زمان فرایند می تواند به سرعت طرح فرایند بهینه را برای یک سیستم تولیدی واحد و همچنین یک سیستم تولیدی توزیع شده جستجو می کند. با استفاده از الگوریتم ژنتیک، برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر (CAPP) می تواند براساس معیار در نظر گرفته شده طرح های فرایند بهینه یا نزدیک به بهینه ایجاد کند، بررسی های موردی به طور آشکار امکان عملی شدن و استحکام روش را نشان می دهند. این کار با استفاده از الگوریتم ژنتیک در CAPP هم در سیستمهای تولیدی توزیع شده و هم واحد صورت می گیرد. بررسی های موردی نشان می دهد که این روش شبیه یا بهتر از برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر (CAPP) مرسوم تک کارخانه ای است
واژه‌های کلیدی
برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر (CAPP)، الگوریتم ژنتیک، محیط صنعتی توزیع شده، تولید یکپارچه کامپیوتری.
فهرست مطالب
|
عنوان |
صفحه |
|
مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. |
11 |
|
فصل یکم – معرفی برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر(CAPP) و الگوریتم ژنتیک ………………………………………. |
17 |
|
1-1- برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر…………………………………………………………………………………………………. |
17 |
1-1-1- رویکرد بنیادی ……………………………………………………………………………………………………………………………. |
18 |
1-1-2- رویکرد متنوع …………………………………………………………………………………………………………………………….. |
18 |
|
1-2- الگوریتم ژنتیک………………………………………………………………………………………………………………………………. |
20 |
|
1-2-1-کلیات الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………………………………………………………………. |
21 |
|
1-2-2-قسمت های مهم الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………………………………………………….. |
23 |
|
1-2-2-1-تابع هدف و تابع برازش……………………………………………………………………………………………………………… |
26 |
|
1-2-2-2- انتخاب…………………………………………………………………………………………………………………………………… |
27 |
|
1-2-2-3- تقاطع……………………………………………………………………………………………………………………………………… |
28 |
|
1-2-2-4- جهش…………………………………………………………………………………………………………………………………….. |
32 |
|
فصل دوم- نمونه هایی از کاربرد الگوریتم ژنتیک در برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر………………………………….. |
34 |
|
2-1-بهینه سازی مسیر فرآیند با استفاده از الگوریتم ژنتیک………………………………………………………………………………. |
34 |
|
2-1-1- توصیف توالی فرآیند……………………………………………………………………………………………………………………. |
34 |
|
2-1-2- استراتژی کد گزاری……………………………………………………………………………………………………………………. |
37 |
|
2-1-3- تجزیه و تحلیل همگرایی……………………………………………………………………………………………………………….. |
38 |
|
2-1-3-1-همگرایی نزدیک شونده……………………………………………………………………………………………………………… |
38 |
|
2-1-3-2-همگرایی با در نظر گرفتن احتمال…………………………………………………………………………………………………. |
40 |
|
2-1-3-3-همگرایی GAها در توالی سازی فرایندهای پشت سر هم………………………………………………………………….. |
40 |
|
2-1-3-4-تعریف یک قانون……………………………………………………………………………………………………………………… |
41 |
|
2-1-4-اپراتورهای ژنتیک…………………………………………………………………………………………………………………………. |
41 |
|
2-1-4-1-اپراتور انتخاب………………………………………………………………………………………………………………………….. |
41 |
|
2-1-4-2- اپراتور تغییر و انتقال………………………………………………………………………………………………………………….. |
42 |
|
2-1-4-3- اپراتور جهش………………………………………………………………………………………………………………………….. |
44 |
|
2-1-5- برقراری تابع تناسب……………………………………………………………………………………………………………………… |
44 |
|
2-1-5-1- آنالیز محدودیت ها…………………………………………………………………………………………………………………. |
44 |
|
2-1-5-2- برقراری تابع برازش………………………………………………………………………………………………………………….. |
45 |
|
2-1-6-مثال……………………………………………………………………………………………………………………………………………. |
47 |
|
2-1-6-1-مثالهایی برای کاربرد این روشها ………………………………………………………………………………………………….. |
47 |
|
2-1-6-2-تاثیر پارامترهای متغیر بر روند تحقیقات ………………………………………………………………………………………… |
49 |
|
2-1-7-نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………… |
50 |
|
2-2-روشی برای برنامه ریزی مقدماتی ترکیبات دورانی شكل محور Cاستفاده از الگوریتم ژنتیك……………………. |
51 |
|
2-2-1-مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………. |
51 |
|
2-2-2-مدول های سیستمCAPP پیشنهاد شده………………………………………………………………………………………….. |
54 |
|
2-2-3-تجسم قطعه………………………………………………………………………………………………………………………………… |
56 |
|
2-2-4-تولید توالی های ممکن…………………………………………………………………………………………………………………. |
58 |
|
2-2-4-1-الزامات اولویت دار…………………………………………………………………………………………………………………. |
58 |
|
2-2-4-2- الزامات تلرانس هندسی…………………………………………………………………………………………………………….. |
59 |
|
2-2-4-3- رابطه ویژگی های اولویت دار…………………………………………………………………………………………………….. |
60 |
|
2-2-5 بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک GA…………………………………………………………………………………….. |
64 |
|
2-2-5-1- تابع برازش…………………………………………………………………………………………………………………………….. |
67 |
|
2-2-5-2- الگوریتم ژنتیك……………………. ………………………………………………………………………………………………. |
68 |
|
2-2-6- نتایج و بحث…………………………………………………………………………………………………………………………….. |
71 |
|
2-2-7-نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………… |
71 |
|
فصل سوم: الگوریتم پیشنهادی برای کاربرد الگوریتم ژنتیک در طراحی قطعه به کمک کامپیوتر در محیط صنعتی ….. |
73 |
|
3-1-مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………. |
73 |
|
3-2-الگوریتم ژنتیک……………………………………………………………………………………………………………………………… |
74 |
|
3-2-1-سیستم های تولیدی توزیع شده………………………………………………………………………………………………………… |
74 |
|
3-2-2-نمایش طرح های فرایند………………………………………………………………………………………………………………….. |
75 |
|
3-2-3-جمعیت اولیه……………………………………………………………………………………………………………………………….. |
76 |
|
3-3-تولید مثل………………………………………………………………………………………………………………………………………. |
76 |
|
3-3-1-ادغام……………………………………………………………………………………………………………………………………….. |
76 |
|
3-3-2-دگرگونی و جهش……………………………………………………………………………………………………………………… |
77 |
|
3-4- ارزیابی کروموزوم …………………………………………………………………………………………………………………………. |
80 |
|
3-4-1- مینیمم سازی زمان فرایند……………………………………………………………………………………………………………….. |
80 |
|
3-4-2- مینیمم سازی هزینه های تولید…………………………………………………………………………………………………………. |
80 |
|
3-5- مطالعات موردی…………………………………………………………………………………………………………………………….. |
81 |
|
3-5-1- CAPPسنتی……………………………………………………………………………………………………………………………… |
81 |
|
3-5-2- CAPP توزیع شده……………………………………………………………………………………………………………………… |
85 |
|
3-6- ارزیابی………………………………………………………………………………………………………………………………………….. |
88 |
|
3-6-1- معیار اول……………………………………………………………………………………………………………………………………. |
88 |
|
3-6-2- معیار دوم……………………………………………………………………………………………………………………………………. |
89 |
|
فصل چهارم -نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………… |
90 |
مقدمه
در جهان صنعتی امروز، به تولید به عنوان یك سلاح رقابتی نگریسته می شود و سازمانهای تولیدی در محیطی قرار گرفته اند كه از ویژگی های آن می توان به افزایش فشارهای رقابتی، تنوع در محصولات، تغییر در انتظارات اجتماعی و افزایش سطح توقع مشتریان اشاره كرد. محصولات در حالی كه باید بسیار كیفی باشند، تنها زمان كوتاهی در بازار می مانند و باید جای خود را به محصولاتی بدهند كه با آخرین ذائقه، سلیقه و یا نیاز مشتریان سازگار هستند. بی توجهی به خواست مشتری و یا قصور در تحویل به موقع ممكن است بسیار گران تمام شود. شرایط فوق سبب گردیده تا موضوع اطلاعات برای سازمانهای تولیدی از اهمیت زیادی برخوردار شود. از طرف دیگر، آخرین بررسی ها حاكی از آن است كه استراتژی رقابتی مبتنی بر بازار خود نیز به تدریج در حال گذر است و چشم انداز استراتژیك رقابت در آینده مبتنی بر منابع خواهد بود. به عبارت دیگر در حالی كه شركتها امروزه موفقیت را در تبعیت و استفاده درست از قوانین، فرصتها و شرایط دیكته شده توسط بازار می دانند، استراتژی مبتنی بر منابع بر این موضوع تاكید دارد كه منفعت و موفقیت بیشتر با اتكا بر مزیتها و منابع منحصر به فرد و قابل اطمینان شركت و سرمایه گذاری به منظور توسعه و حفاظت از آنها حاصل خواهد شد.
البته منابع تولیدی مورد نظر تنها شامل سرمایه، زمین، ماشین آلات و تجهیزات نمی شوند، بلكه بنای تولید نسل آینده بر تاكید و توجه به اطلاعات، مدیریت دانش و توجه ویژه به مسئله آموزش افراد خواهد بود.
وضعیت به وجود آمده و تحولات صورت گرفته مذكور در حوزه فعالیتهای تولیدی، اگرچه خود حاصل به كارگیری گسترده و همه جانبه فناوریهای اطلاعاتی در این حوزه است، ولی در عین حال باعث توجه مضاعف سازمانها و شركتهای تولیدی به مقوله اطلاعات و فناوریهای مرتبط با آن شده است. این تحقیق با هدف تبیین موضوع فوق به طور عام و تبیین بخش خاصی از آن به نام برنامه ریزی فرایند به کمک کامپیوتر صورت گرفته است. اهمیت این بررسی از آنجا ناشی می شود كه چند سالی است در كشور، افزایش تعداد واحدهای تولیدی و به تبع آن تحقق نسبی فضای رقابتی باعث گردیده تا توجه تولیدكنندگان و شركتهای صنعتی به كیفیت محصولات، افزایش سهم بازار و مسئله صادرات معطوف گردد. از همین رو به نظر مــی رسد دانستن تحولات صورت گرفته در بخشهای تولیدی جوامع پیشرفته می تواند در تعیین و شناخت بهتر مسیری كه سازمانهای تولیدی و صنعتی كشور برای ارتقای توان رقابتی خود باید طی كنند موثر واقع شود. توسعــه های اخیر در حوزه فناوری اطلاعات به ویژه هوش مصنوعی و سیستم های خبره، وضعیت تولید در جوامع صنعتی را دگرگون ساخته است.
عصر فعلی را برخی عصر اطلاعات لقب داده اند. این نامگذاری شاید به این دلیل باشد كه امروزه اطلاعات به جزء تفكیك ناپذیر زندگی بشر تبدیل شده است. اگرچه اطلاعات از دیرباز در زندگی بشر تاثیر بسزایی داشته و انسان برای تصمیم گیریها و طی طریق همواره محتاج به آن بوده است ولی آنچه كه امروزه اهمیت آن را صدچندان كرده، شرایط نوین زندگی و افزایش سهم اطلاعات در آن است.
اختراع رایانه، امكان پردازش سریع و ذخیره حجم انبوهی از داده ها را فراهم آورد و پیشرفتهای بعدی در زمینه ارتباط بین رایانه ها و امكان تبادل داده بین آنها، تبادل و انتقال اطلاعات را در سطح وسیعی ممكن ساخت. این رویدادها به همراه سایر پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه الكترونیك و ارتباطات اعم از میكروالكترونیك، نیمه هادیها، ماهواره و روباتیك به وقوع انقلابی در زمینه نحوه جمع آوری، پردازش، ذخیره سازی، فراخوانی و ارائه اطلاعات منجر گردید كه شكل گیری فناوری اطلاعات حاصل این رویداد بود.
براساس تعریف، فناوریهای اطلاعاتی مجموعه ای از ابزارها، تجهیزات، دانش و مهارتهاست كه از آنها در گردآوری، ذخیـــــره سازی، پردازش و انتقال اطلاعات (اعم از متن، تصویر، صوت و…) استفاده می شود.
در این میان نقش ابزارهای رایانه ای و مخابراتی به وضوح مشخص است. این فناوری به سرعت در حال رشد است و فعالیتها و سرمایه گذاریهای انجام شده در این زمینه به ویژه پس از ظهور پدیده اینترنت، بسیار چشمگیر است. دامنه علوم مرتبط با آن بسیار گسترده و وسیع بوده و مباحثی نظیر علوم رایانه و مهندسی نرم افزار، مخابرات، هوش مصنوعی، سیستم های اطلاعاتی مدیریتی، سیستم های پشتیبانی تصمیم، مهندسی دانش، فناوری چندرسانه ای، مدیریت اطلاعات، امنیت داده و اطلاعات، داد و ستد و ارتباطات انسان – رایانه، ارتباطات گروهی مبتنی بر رایانه، روباتیك و پایگاههای اطلاعاتی اینترنتی را شامل می شود. پرتوهای این فناوری نوین بسیاری از زوایای زندگی انسان را فرا گرفته است و بسیاری از علوم و موضوعها را تحت تاثیر خود قرار داده است.
امروزه موارد استفاده فناوری اطلاعات را می توان در آموزش، مدیریت و سازمان، پزشكی، تجارت، امور نظامی، تولید و صنعت، تحقیقات، حمل و نقل، كنترل ترافیك و صنعت نشر به وضوح مشاهده كرد.
جستجو به منظور یافتن راهی بهتر برای تولید قطعات، همواره عامل محرك و اساسی در خودكارسازی یا اتوماسیون بوده است. تعویض نیروی كار انسانی با ماشین را می توان ابتدایی ترین مرحله خودكارسازی تولید دانست كه حدوداً در سال 1775 میلادی به وقوع پیوست و انقلاب صنعتی نقش موثری در رابطه با آن داشت. دستگاه تراش و نقاله ها نمونه هایی از مكانیزاسیون ایجاد شده بودند. روند اتوماسیون، در سال 1952 با ساخت اولین ماشین NC در دانشگاهMIT وارد مرحله جدیدی شد كه مشخصه بارز آن عبارت بود از جایگزینی كنترل انسانی با كنترل خودكار ماشین. نوعی از اتوماسیون قابل برنامه ریزی بود كه عملیات آن به وسیله اعداد و نشانه ها كنترل می شد.
در دهه 70، با ظهور رایانه های ارزانتر و كارآتر و پیشرفتهای الكترونیكی و مخابراتی، اتوماسیون های نقطه ای نیز به تدریج گسترش یافته و با پیوستن به یكدیگر تبدیل به اتوماسیون های گسترده تری به نام جزایر اتوماسیون شدند. جزایر اتوماسیون نشانگر مجموعه ای از زیرسیستم های یكپارچه خودكار شده در كارخانه هستند. سیستم های تولید انعطاف پذیر، سیستم مدیریت تولید، سیستم های یكپارچه جابجایی و انبارسازی مواد و سیستم های CAM وCAD نمونه هایی از جزایر اتوماسیون ایجاد شده هستند. انگیزه غایی، همانا خواست انسان برای افزایش هرچه بیشتر اتوماسیون در سیستم تولیدی به منظور دستیابی به بهره وری بالاتر است.
باادامه فعالیت و تحقیق بر روی جزایر اتوماسیون، این جزایر نیز به مرور توسعه پیدا كرده و شروع به همپوشانی و رقابت با یكدیگر كردند.
این مسئله به همراه جایگزینی تدریجی اندیشه سیستمـی و كل نگر به جای اندیشه جزء نگرانه، همچنین پیشرفتهـای صورت گرفته در زمینه فناوری اطلاعات باعث شد تا برخی به فكر یكپارچه سازی كلیـه عملیات تولیدی با یكدیگر بیفتند و به این ترتیب موضـوع «تولید یكپارچه رایانه ای» Computer Integrated Manufacturing = CIM)) مطرح گردید.
تولید یكپارچه رایانه ای اگرچه پایان تلاشهای محققان در خودكارسازی امور تولیدی و صنعتی نیست اما از آنجا كه نمایانگر خودكارسازی و یكپارچه سازی كلیه فعالیتهای مرتبط با تولید به وسیله به كارگیری رایانه ها، روبات ها و شبكه های ارتباطی در درون یك كارخانه است دارای اهمیت بسیار زیادی است.
تولیدیكپارچه رایانه ای نوعی فناوری است كه می تواند به هر صنعت وابسته شده و توسط آن صنعت هدایت شود، بدین معنی كه هر صنعت برحسب مجموعه تجارب، نیازمندیها و موقعیتهای خاص خود، شرایطی ویژه برای تولید یكپارچه رایانه ای فراهم می آورد. از این رو، تعاریف و توصیفهای متفاوتی برای آن وجود دارد. در زیر نمونه هایی از توصیف های صورت گرفته ارائه شده است.
سیستم یكپارچه رایانه ای شامل رایانه ای كردن فراگیر و سیستماتیك فرایند تولیدی است. چنین سیستم هایی بااستفاده از پایگاه داده های مشترك، فعالیتهایی همچون طراحی به كمك رایانه، ساخت به كمك رایانه، مهندسی به كمك رایانه، انجام تست ها، تعمیرات و مونتاژ را یكپارچه می سازند.
(اسپریت، كمیسیون انجمن های اروپایی 1982) سیستم تولید یكپارچه رایانه ای عبارتست از به كارگیری یكپارچه اتوماسیون بر پایه رایانه و سیستم های پشتیبانی تصمیم گیری به منظور مدیریت فعالیتهای سیستم تولیدی، از طراحی محصول تا فرایند تولیدی و نهایتاً توزیع به انضمام مدیریت تولید و موجودی و مدیریت منابع مالی.
(هارن و براون 1984) سیستـم تولید یكپارچه رایانـه ای، پردازنـده های مواد و اطلاعات است كه سه زیر سیستم اصلی آنها عبارتند از: سیستم فیزیكی كارخانه، سیستم تصمیم و سیستم اطلاعاتی.
(مایر 1990) تولید یكپارچه رایانه ای عبارت است از علم و هنر خودكارسازی بااستفاده از یكپارچگی حاصل از فناوری اطلاعات در فرآیندهای تولیدی. (یومانز و همكاران 1986)
با كمی دقت در توصیفها و دیدگاههای مذكـور در مورد تولیـد یكپارچه رایانـه ای مـــی توان به نقش و اهمیت اطلاعـات و فناوریهای اطلاعاتی در تحقق سیستم تولید یكپارچـه رایانه ای پی برد. به بیان دیگر، می توان گفت كه این سیستم در طی روند توسعه فناوری اطلاعات به مانند فعالیت مهمی در كنار آن ظاهر گردیده و گسترش یافته است.
برای بررسی نقش فناوری اطلاعات در این سیستم بهتر است كه ابتدا دیدگاه مذكور كمی شفاف تر شود. همانگونه كه هارن، براون و شیونان در كتابشان اشاره می كنند، درك مسئله این سیستم بستگی به زمینه تجربی و دیدگاه اشخاص نسبت به آن دارد. از این رو است كه نگرشها و دیدگاههای متفاوتی در رابطه با آن وجود دارد كه آنها در اثر خود به برخی از آنها اشاره كرده اند. آنچه در اینجا به عنوان ملاك در نظر گرفته می شود، دیدگاهی است كه خودهارن و همكارانش در مورد این سیستم ارائه كرده اند. این دیدگاه كه در شكل یك نشان داده شده است به لحاظ جامعیت و نگرش سیستمی، مناسبترین دیدگاه از بین دیدگاههای موجود به نظر می رسد .
ارتباط نشانگر یكپارچگی مجموعه عملیات و نیز نشاندهنده مدار بسته بازخورد اطلاعات هستند. به طور خلاصـه، مـی توان گفت كه تولید یكپارچه رایانه ای به معنی یكپارچگی جزایر اتوماسیون مرتبط با عملیات اداری – مالی، پشتیبانی مهندسی، مدیریت تولید و عملیات مربوط به سطح اجرایی است. این فرایند به وسیله ارتباطات رایانه ای و تسهیلات ذخیره سازی داده ها انجام می شود.
در گذشته طراحی قطعات و محصولات به صورت دستی و بااستفـاده از میزهای بزرگ و ابزارهای نقشــــه كشی انجام می گرفت و نقشه ها غالباً برروی كاغذ ترسیم می شدند. به همین سبب طراحیها عموماً وقت گیر و پردردسر بودند. همچنین در صورت ترسیم اشتباه و یا تغییر طرح، اصلاح و رسم مجدد نقشه ها زمان زیادی را به خود اختصاص می داد. این مسئله در مواردی كه محصول از قطعات متعدد و پیچیده برخوردار بود نمود بیشتری داشت. نگهداری نقشه ها و مراقبت از آنها نیز مسئله دیگری بود كه هم فضای زیادی را می طلبید و هم زمان قابل توجهی را برای كدگذاریبایگانی و بازیابی مجدد به خود اختصاص می داد. بااین همه این نقشه ها تنها نمایانگر شكل و وضعیت هندسی و مكانی قطعات نسبت به یكدیگر آن هم به صورت دو بعدی بودند.
به تدریج با بكارگیری رایانـه در امر نقشــه كشی و ایجاد و توسعه نرم افزارهای CAD ، تحولی در امور طراحی به قوع پیوست. كاهش خطاهای طراحی و تولید، ایجاد تناسب میان نقشه و روشهای تولید، تشخیص آسان روابط اجزای قطعه در مرحله تحلیل، تسهیل در آمــاده سازی مستندات و بهبود یا افزایش استانداردهای طراحی از مزایای طراحی به كمك رایانه بودند.
امروزه باافزایش توان رایانه ها در ذخیره و پردازش داده و همچنین پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه فناوریهای اطلاعاتی به ویژه هوش مصنوعی، امكانات و قابلیتهای سیستـــم های CAD به طور چشمگیری افزایش یافته است. نرم افزارهای پیشرفتهCAD امروزی، امكان ایجاد مدلهای توپر سه بعدی را برای طراح فراهم آورده اند. این نرم افزارها با بهره برداری وسیع از تكنیــك های هوش مصنوعی و به لطف سیستم های خبره تعبیه شده در آنها، قابلیت تجزیه و تحلیل طرحها را نیز دارا هستند. به عنوان مثال آنها قادرند جرم طرح، حجم طرح و مركز ثقل قطعات را محاسبه و تعیین كنند.
می توانند محل برخورد یا فصل مشترك قطعات مونتاژی را بررسی كنند و خواص مكانیكی قطعات نظیر تنش و یا جریان گرمایی را مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند. برخی از این نرم افزارها می توانند حركت قطعات را نیز مورد مطالعه قرار دهند و برخی دیگر قادرند نقاط و زمانهای بازرسی قطعه را تعیین سازند. آنها حتی پایگاه اطلاعاتی مورد نیاز تولید محصول را به وجود می آورند. پایگاه مذكور شامل تمام اطلاعات مربوط به محصول از دید طراحی، از اطلاعات هندسی، لیست مواد و قطعات، مشخصات مواد و غیره گرفته تا اطلاعات اضافی مورد نیاز برای تولید می شود. سیستم های قدرتمندCAD فعلی، همچنین قابلیت تبادل اطلاعات با سیستم های بانك اطلاعاتی و انتقال داده ها به سایر نرم افزارهای تولیدی را نیز دارا هستند كه این ویژگی، كارآیی آنها را به نحو چشمگیری افزایش داده است.
یكی دیگر از جزایر اتوماسیون ایجاد شده در زمینه تولید، سیستم طراحی فرآیند به كمك رایانه (Computer-Aided Process Planning=CAPP) است. این سیستم هـا بـه منظور انجام خودكار طراحی فرایند تولید قطعاتی كه در گذشته توسط متخصصان روشهای تولیـدی انجام می گرفت ایجاد گردیده اند. این سیستم ها از نظر یكپارچـــــه سازی اهمیت بسیاری دارند چرا كه یكی از نقاط كلیدی در ایجاد ارتباط میانCAD و CAM به شمار می روند. خروجیهای یك سیستم طراحی فرآیند عبارتند از: انتخاب عملیات مناسب و تعیین توالی عملیات مزبور بر روی قطعه، انتخاب ماشین آلات ضروری برای اجرای عملیات، تعیین ابزارآلات و فیكسچرها و همچنین دستورالعملهای اجرایی برای تنظیم دستگاه، مسیر حركت ابزارها، پارامترهای عملیات نظیر سرعت، مدت، میزان بار و… البته باید خاطرنشان ساخت از آنجا كه برنامه ریزی و طرح ریزی فرایند ساخت قطعات بسیار متكی به تجربه و قضاوت برنامه ریزان است، خودكارسازی كلیه فعالیتهای یادشده، كاری بس دشوار بوده و غالب سیستم های موجود طراحی فرآیند، توان اجرای تمامی فعالیتهـای فوق را ندارند، بلكه در اكثـر موارد تنهـا مــــی توانند خدمات پشتیبانی تصمیم گیری ارائه كنند.
نقش فناوری اطلاعات در سیستم طراحی فرآیند نیز بسیار مشهود است. به طور كلی در توسعه این نوع سیستم ها دو رویكرد مطرح است: 1 – رویكرد بهبودی یا متنوع؛ 2 – رویكرد مولد یا بنیادی.
در رویكرد بهبودی كه اساس آن استفاده از فناوری گروهی و ابزارهای دسته بندی و كدگذاری است، از یك قطعه مركب اصلی برای نشان دادن دامنه اشكال تولیدی در یك خانواده استفاده می شود. هرگاه كه سیستم قطعه جدیدی را به عنوان عضوی از یك خانواده خاص شناسایی كرد، طرح ریزی فرآیند قطعه مركب آن خانواده را به گونه ای اصلاح می نماید كه بتواند طرح فرآیند آن قطعه جدید را ایجاد كند. سیستـم در این رویكرد، برای تعیین شكل قطعـات از تكنیك های طبقـه بندی قطعات استفاده كرده و آنها را با اشكال متناظـر در قطعات اصلی مطابقت مـــی دهد.
در رویكرد بنیادی، طرح فرآیند براساس اطلاعات موجود در پایگاه داده های تولید ایجاد می شود. در این رویكرد، سیستم طراحی فرآیند در شكل سیستـم های دانش – پایه و هوش مصنوعی و در برخی موارد نیز به صورت یك سیستمDSS عمل كرده و با دریافت اطلاعات جزئیات قطعه موردنظر، انواع عملیات تولیدی در دسترس و توانایی آنها برحسب دقت و تلرانس، تجربه مربوط به قطعات پیشین و… اقدام به طراحی فرآیند مناسب جهت قطعه می كند.
موضوع مورد بحث در تحقیق حاضر شرح برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر و کاربرد الگوریتم ژنتیک برای این مهم می باشد.
فصل یکم –معرفی برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر و الگوریتم ژنتیک
1-1 برنامه ریزی فرایند به کمک کامپیوتر (CAPP)
یکی از کاربردهای کامپیوتر مربوط به پشتیبانی از ایجاد و توسعه طرح های فنی مورد نیاز برای تولید یک قطعه می باشد. در اصطلاح به این کاربرد Computer Aided Process Planning CAPP) )گفته می شود. این کاربرد از نظر یکپارچه سازی اهمیت بسیاری دارد، زیرا یکی از نقاط کلیدی در ایجاد ارتباط میان CAD و CAM به شمار می رود. خروجی طرحریزی فرایند CAPP شامل موارد ذیل است: توالی عملیات مورد نیاز برای تولید قطعه، تعیین ماشین آلات ضروری برای اجرای عملیات و زمان عملیات. همچنین CAPP ابزارآلات ویژه و دستورالعمل های اجرایی را برای تنظیم دستگاه مشخص می کند. تا به حال کاربردهای CAPP بیشتر در زمینه برش فلزات بوده است. بر اساس نظر چانگ (1990) عملیات طرحریزی فرایند ممکن است شامل همه یا برخی از فعالیت های ذیل باشد:
- انتخاب عملیات مناسب برای ماشین کاری.
- تعیین توالی عملیات مزبور.
- انتخاب ابزارهای برش مربوطه.
- تعیین رویه های آماده سازی ماشین.
- محاسبه پارامترهای برش از جمله: سرعت برش، میزان بار ابزار، استفاده از مایعات خنک کننده برای برش و عمق برش.
- طراحی مسیر حرکت ابزار و تهیه برنامه های مخصوص هر قطعه برای ماشین های کنترل عددی.
- طراحی ابزارآلات و فیکسچرها.
خودکارسازی کلیه فعالیت های طرحریزی فرایند، کاری دشوار است که به هیچ وجه نباید ناچیز تلقی شود. به همین دلیل غالباً سیستم های مبتنی بر کامپیوتر توان اجرای تمامی فعالیت های فوق را ندارند. در واقع سیستم های CAPP موجود تنها در اکثر موارد فوق می توانند خدمات پشتیبانی تصمیم گیری ارائه دهند. بطور کلی برای توسعه سیستم های CAPP دو رویکرد مطرح است:
رویکرد متنوع (یا بهبودی)
رویکرد مولد (یا بنیادی)
1-1-1- رویکرد متنوع
در رویکرد متنوع (یا بهبودی) برای آماده سازی یک طرح فرایند از یک طرح استاندارد یا طرح قطعه ای مشابه استفاده می شود. طرح فرایند برای قطعه مرکب اصلی در کامپیوتر ذخیره می شود و در طراحی قطعات بعدی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. قطعه اصلی، ترکیبی است از تمامی اشکالی که ممکن است در قطعات مورد نظر موجود باشد. رویکرد بهبوددهنده برای تعیین شکل قطعات از تکنیک های طبقه بندی قطعات استفاده کرده و آنها را با اشکال متناظر در قطعه اصلی مطابقت می دهد. طراحی بهبود دهنده فرایند در مقام عمل با استفاده از تکنیکی به نام تکنولوژی گروهی اجرا می شود و بدین سان موجب تشخیص خانواده هایی از قطعات می شود که دارای طرح و ویژگی های تولیدی مشابه هستند. تکنولوژی گروهی رویکردی برای تولید است که در آن کلیه قطعات در قالب زیرمجموعه ها یا خانئاده های قطعات گروه بندی می شوند تا از مزایای تشابه آنها در تولید یا طراحی استفاده شود.خانواده های قطعات در تکنولوژی گروهی غالباً با استفاده از سیستم های کدینگ و طبقه بندی قطعات مشخص می شوند.بنابراین قطعات مشابه دارای کدهای مشابه هستند. در رویکرد طراحی بهبوددهنده فرایند، از یک قطعه مرکب برای نشان دادن دامنه اشکال تولیدی در یک خانواده استفاده شده و سپس طرح فرایند مرکب برای آن قطعه مرکب توسعه می یابد. به عبارت ساده تر هرگاه قطعه جدیدی به عنوان عضوی از یک خانواده خاص شناسایی شود، طرحریزی فرایند مرکب آن خانواده به گونه ای اصلاح می شود که بتواند طرح فرایند آن قطعه جدید را ایجاد نماید. رویکرد بهبوددهنده علیرغم برخی معایب مهم، به شکل گسترده ای در عمل مورد استفاده قرار می گیرد. واضح است که تنها فرایند قطعاتی را می توان طراحی کرد که در محدوده تنوع قطعات موجود باشد. همچنین برای حک و اصلاح طرح فرایند مرکب و برای افزودن جزئیات لازم به آن، به طراحان باتجربه ای در زمینه طرحریزی فرایند نیاز است. رویکرد دیگر سعی در رفع بعضی از این معایب دارد، این رویکرد در اصطلاح به نام طرحریزی فرایند بنیادی یا مولد شناخته می شود.
