Таким образом рост трудоемкости и сложности ТПП требуют коренных изменений методов подготовки, их совершенствования.

Одним из первых методов совершенствования ТПП следует считать ТПП на базе единичных технологических процессов (ТП). Под единичным ТП понимается ТП, относящийся к изделиям одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства. Однако практика ТПП, базирующаяся на разработке и применении единичных ТП показала их непригодность для условий единичного и серийного производства. Так как при этом нерационально затрачиваются большие ресурсы на проектирование ТП, конструирование и изготовление средств технологического оснащения, которые в связи с освоением новых изделий быстро оказываются ненужными. Если учесть, что в машиностроении крупносерийное и массовое производство составляют около тридцати процентов, то разработка мероприятий, направленных на сокращение трудоемкости и сроков ТПП, приобретает весьма важное значение.

Дальнейшим совершенствованием ТПП, позволяющим значительно сократить сроки ТПП и выполнить ее на более высоком организационно-техническом уровне, явилась технологическая унификация. В технологической унификации выделены два основных направления: 1) типизация технологических операций и процессов; 2) групповой метод обработки. Применение в ТПП технологической унификации позволило существенно повысить ее эффективность для условий единичного, мелкосерийного и серийного производства.

Накопленный многими отраслями промышленности и передовыми предприятиями опыт системного подхода к процессу подготовки производства, внедрение элементов автоматизированных систем управления процессом ТПП, унификация технологии изготовления и контроля изделий, стандартизация технологической оснастки и оборудования позволили в начале семидесятых годов создать единую систему технологической подготовки производства (ЕСТПП).

ЕСТПП представляет собой комплекс установленных государственными стандартами правил и положений по организации и ведению ТПП на основе широкого применения современных методов организации проектирования, унифицированных ТП, средств вычислительной техники и стандартных средств технологического оснащения.

Однако для выпуска многономенклатурных высококачественных изделий с наименьшими затратами, необходимо повышать качество проектных технологических решений за счет технико-экономических обоснований, рассмотрения большого количества вариантов ТПП и выбора наилучшего. Но просчет нескольких вариантов достаточно сложен и трудоемок. Применение же средств вычислительной техники позволяет более детально выполнять проектные работы и создавать оптимальные ТП. Решению этой задачи и призвана была служить четвертая группа стандартов ЕСТПП, всецело направленная на автоматизацию ТПП путем использования ЭВМ.

К настоящему времени можно считать общепризнанным, что при современном уровне развития науки и техники, автоматизация ТПП является наиболее эффективным из известных направлений работ, обеспечивающим сокращение сроков создания и выпуска новых видов промышленной продукции и улучшение их качества.

Практическая реализация целей и идей автоматизированного проектирования эффективно происходит в рамках систем автоматизированного проектирования (САПР). САПР с каждым годом находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе и машиностроении. Применение САПР в ТПП позволило существенно снизить ее трудоемкость (от 5 до 50 раз), повысить качество проектных решений за счет их оптимизации, что позволило повысить производительность труда в производстве в 2-3 раза.

Опыт создания САПР ТП показал, что автоматизации решения подлежат лишь несложные, формализованные, сильно структурированные задачи, например, расчет режимов резания и норм времени, расчет припусков и погрешности обработки и т.п. Для сложных, неформализованных, слабоструктурированных задач (например, выбора технологических баз и порядка их смены, синтеза инструментальных наладок для многопозиционных металлорежущих станков, пространственной компоновки инструментальных наладок, оценки и отбора на основе анализа целесообразных вариантов проектных решений) на всех уровнях проектирования в лучшем случае целесообразно использовать режим диалога. Но это вновь увеличивает сроки проектирования и снижает качество проектных решений.

Вместе с тем достигнутый уровень разработок автоматизированных систем ТПП позволяет поставить вопрос исследования сущности и возможности создания экспертных систем (ЭС) технологического назначения. Эти системы должны обладать по крайней мере тремя способностями: 1) способность к накоплению и корректировке знания на основе активного восприятия технологической информации, в том числе обобщенного опыта технологии проектирования и результатов технологических исследований; 2) способность к целенаправленному поведению на основе накопленного знания; 3) способность к объяснению и обучению.

Исходя из этого экспертная система для ТПП должна содержать: базу знаний (БЗ), модуль целенаправленного вывода, модуль объяснения и модуль генерации новых знаний.

В БЗ в некотором закодированном виде хранятся формализованные знания экспертов-специалистов предметной области. Формы представления знаний в ЭС достаточно разнообразны. Это системы продукции, семантические сети, фрейм-структуры, "тройка": объект-атрибут-значение и др. Для решения задач ТПП наиболее приемлемыми являются представление знаний с использованием правил продукции, семантических сетей, фрейм-структур и таблиц принятия решений. Исходя из доступных для широкого пользователя программно-аппаратных средств наиболее удобной формой представления знаний являются системы продукции, базирующиеся на использовании правил типа "ЕСЛИ - ТО".

Семантическая сеть - это ориентированный граф, вершины которого соответствуют объектам (событиям), а дуги описывают отношения между этими объектами.

Фрейм-структуры в определенной степени стали развитием метода электронных таблиц в области обработки знаний. Применение фрейм-структур особенно эффективно в предметной области с четко выраженной иерархической структурой, например, в САПР ТП.

Для представления технологических знаний могут быть использованы обыкновенные и логические таблицы принятия решений, которые формируются на основе знаний экспертов-специалистов.

На современном этапе работ в области ЭС нередко целесообразны смешанные формы представления знаний в БЗ.

Главной задачей модуля целенаправленного вывода является согласованная обработка данных, имеющихся в программной среде или полученных в процессе диалога с пользователем. При этом используются знания, хранящиеся в БЗ с целью получения конечного результата. Полученные таким образом данные анализируются или интерпретируются с помощью хранящихся в БЗ знаний экспертов. В итоге: 1) выдвигаются и проверяются различные гипотезы; 2) вырабатываются новые данные, а в некоторых случаях и новые знания конечного результата; 3) формируются запросы на ввод новых данных; 4) формируются решения, носящие рекомендательный или управляющий характер. Механизм целенаправленного вывода определяется в соответствии со структурой реализации БЗ. Направление вывода может быть двух типов: 1) прямой вывод (от посылок к цели); 2) обратный вывод (от цели к данным).

Безусловно прямой вывод более общий, так как он позволяет просмотреть все дерево возможных решений и найти все существующие терминальные вершины. При этом необходимо в системе предусмотреть возможность отсечения ряда ветвей дерева решения с целью сокращения пространства поиска решения, которое в отдельных случаях может оказаться бесконечным.

Обратный вывод по сути своей служит механизмом проверки гипотез и поэтому (при условии отсутствия ошибок в БЗ) всегда приводит к решению об истинности или ложности гипотезы за конечное число шагов. Однако здесь возникает вопрос о выдвижении начальных гипотез. Если пространство возможных гипотез велико, как, например, при проектировании структуры ТП, и отсутствуют начальные установки о приемлемости тех или иных гипотез, то обратный вывод ничуть не эффективнее прямого. На практике при решении задач ТПП целесообразно сочетать на различных этапах работы модуля целенаправленного вывода прямой и обратный вывод.

Важной частью ЭС является модуль объяснения. Основная цель этого модуля - сделать ЭС "прозрачной" для пользователя, т.е. представить ему возможность понимать логику действий ЭС. Эта возможность имеет большое значение особенно в процессе освоения ЭС пользователем. Развитый модуль объяснения должен состоять из двух компонент: 1) активной, включающей в себя набор информационных сообщений, выдаваемых пользователю в процессе работы, зависящих от конкретного пути решения задачи, полностью определяемых системой; 2) пассивной - основной компоненты модуля объяснения, ориентированной на инициализирующие действия пользователя.

Этот модуль позволяет пользователю: 1) в любой момент приостанавливать работу, ЭС и получать полное описание ее текущего состояния; 2) по запросу пользователя выдавать любую информацию о пройденном системой пути с возможностью возврата на любой его участок; 3) по запросу пользователя сообщать результаты ранее выполненных действий, проверок ранее выдвинутых гипотез с пояснениями; 4) получать ответы на вопросы типа "почему?", "зачем?", "как?". Модуль генерации новых знаний (неконечного результата) вступает в работу когда в БЗ отсутствуют знания экспертов, необходимые для решения конкретной текущей задачи. Эти знания могут быть получены на основе имеющихся в БЗ знаний путем использования методов дивергенции, трансформации и конвергенции. В настоящее время отдельные компоненты ЭС реализованы в некоторых САПР, например, САПР ТП (г.Томск), КОМПАС-ТМ (г.Санкт Петербург) и др. Полностью же созданная ЭС технологического назначения будет являться абсолютно эффективным инструментом для решения задач технологической подготовки производства любой сложности в установленные сроки с минимальными затратами и высоким качеством.