You are currently viewing Определение оптимального варианта автоматизированных производственных систем

Определение оптимального варианта автоматизированных производственных систем

Содержание

Эффективность технологической подготовки производства (ТПП) зависит как от качества используемой информации, так и от времени ее обработки и принятия решения. Последнее во многом определяется методами и алгоритмами обработки исходных данных. В настоящее время известно множество методов [1,3], однако потребность в создании новых, позволяющих улучшить качество принимаемых при проектировании автоматизированных производственных систем (АПС) решений все еще высока, что объясняется широким разнообразием как самих АПС и используемого в них оборудования, так и номенклатуры, для выпуска которой они проектируются.

Известны модели АПС с использованием ТМО [5], но в них не учтены особенности автоматизированных производственных систем, связанные с внецикловыми потерями (наличие скачков и разрывов при поступлении заготовок, отказов механизмов и устройств, износа инструмента, разрегулировки механизмов, бракованных деталей). Между тем такие потери существенно влияют на определение производительности АПС.

Разнообразие оборудования и способов организации работ на машиностроительном предприятии требуют многовариантного анализа технологических процессов и выбора наиболее эффективного варианта АПС. Имитационное моделирование при анализе сложных динамических объектов и технологий позволяет отобразить взаимодействие элементов технологического комплекса во времени, проиграть на моделях альтернативные технико-организационные варианты и определить наиболее рациональные из них, оценить влияние отдельных параметров на поведение системы в целом, выявить узкие места и т.д.

Динамическое моделирование работы АПС производится, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Последовательность действий при моделировании работы АПС
Рисунок 1 – Последовательность действий при моделировании работы АПС

Формирование моделей автоматизированных производственных систем (АПС)

Данный процесс долгий и трудоёмкий. После завершения каждого эксперимента необходимо провести однообразные расчеты величины показателя, по которому будет производиться сравнение.

Процесс формирования АПС состоит:

  • Поиск и написание нужной модели.
  • Загрузка модели.
  • Формирование входных данных.
  • Интерпретация результатов моделирования.

Последний этап займет значительное время и требует специальных знаний от пользователя, что сделает сопоставление множества вариантов для него недоступным.

В разработанном комплексе проблемно-ориентированных программ эти процессы автоматизированы и эксперименты на моделях проводятся со всеми возможными вариантами организации работ. Это позволяет на стадии проектирования сопоставить множество технико-организационных решений для выбора более рационального, повысить достоверность полученных данных и сократить процесс моделирования, не требуя от пользователя специальных навыков в областях программирования и моделирования.

Программный комплекс автоматизированной производственной системы

В основе взаимодействия программного комплекса (структурная схема представлена на рисунке 2) и пользователя лежит интерфейс.

Рисунок 2 – Структурная схема комплекса проблемно-ориентированных программ
Рисунок 2 – Структурная схема комплекса проблемно-ориентированных программ

Алгоритмы работы программного комплекса АПС:

  • Он взаимодействует с 3D-модулем, который позволяет пользователю выбирать трехмерные объекты производственной системы, при помощи которых составляется трехмерная модель АПС.
  • После этого, интерфейс передает данные о модели в основной модуль, который, используя библиотеку типовых моделей, в блоке формирования моделей, автоматически генерирует имитационную модель разработанной пользователем АПС.
  • Далее имитационная модель передается в блок имитации, где происходит ее запуск, получение результатов и выведение их обратно через основной модуль в интерфейс пользователя.
  • Решение главной функции программного комплекса, а именно — автоматическое формирование имитационной модели на основе разработанной пользователем трехмерной модели, стало возможным благодаря применению объектно-ориентированного подхода, суть которого заключается в инициации экземпляра от каждого разработанного класса оборудования АПС.

В свою очередь, экземпляр автоматически наделяется определенным набором характеристик, получаемых основным модулем из модели, созданной пользователем.

Например, пользователь выбирает токарный станок, устанавливает его на площади участка и указывает время обработки детали на данном станке согласно, маршрута обработки детали.

При этом из класса «Stanok» генерируется экземпляр «Stanok l» с характеристиками:

  • Время обработки t.
  • Координаты X и Y положения.
  • Габаритные размеры и стоимость.

Кроме того, в данном программном комплексе разработан оптимизирующий модуль. Его задачей является поиск рационального варианта АПС. Критерием рациональности служит максимальная производительность при заданной или меньшей стоимости производственной системы.

При проведении имитационных экспериментов и поиске оптимального варианта АПС пользователь работает только с интуитивно понятным интерфейсом, где оперирует трехмерными объектами — моделями технологического оборудования автоматизированной производственной системы.

От пользователя требуется только знание технологического процесса и оборудования, остальное происходит автоматически:

  • Разработка имитационной модели.
  • Запуск и проведение имитационных экспериментов.
  • Оптимизация.
  • Формирование результатов.

Таким образом, методика определения оптимального варианта АПС включает в себя этапы:

  • Выбирается программа выпуска (рисунок 3).
Рисунок 3 – Стартовое окно комплекса программ с заданием программы выпуска
Рисунок 3 – Стартовое окно комплекса программ с заданием программы выпуска
  • Устанавливаются параметры производственной площади (рисунок 4).
Рисунок 4 – Задание параметров производственной площади
Рисунок 4 – Задание параметров производственной площади
  • Выбирается и устанавливается технологическое оборудование, происходит объединение его в РТК, задается маршрут обработки (рисунок 5).
Рисунок 5 – Создание трехмерной модели АПС
Рисунок 5 – Создание трехмерной модели АПС
  • После нажатия кнопки «Запуск имитации» в основном модуле происходит автоматическая генерация имитационной GPSS/H-модели, передача ее в модуль имитации, запуск и получение отчета.
  • На экран выведен файл, где указаны результаты моделирования (рисунок 6).
Рисунок 6 – Вывод результатов на экран
Рисунок 6 – Вывод результатов на экран

В итоге пользователь получает файл, подобный представленному на рисунке 6, в котором приводятся основные характеристики полученной АПС:

  • Время проведения эксперимента.
  • Количество деталей, изготовленных АПС за это время.
  • Загрузка транспортного средства.
  • Загрузка всех рабочих мест.
  • Стоимость полученного варианта.

Проанализировав полученные данные, пользователь решает, удовлетворяют ли его характеристики проектируемой АПС. В случае отрицательного ответа пользователь корректирует трехмерную модель и снова проводит эксперимент.

Список литературы

  1. Имитационное моделирование. Классика CS.: книга/ Кельтон В., Лоу А. — 3-е изд. — СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004. — 847 с.
  2. Имитационное моделирование систем — искусство и наука : книга / Шеннон Р. — М.: Мир, 1978, -420 с.
  3. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. Пер.с англ. / Пер. И. И. Грушко; ред. В. И. Нейман. — М.: Машиностроение, 1979. — 432 с., ил.

Источник: Определение оптимального варианта автоматизированных производственных систем / В.А. Полетаев, В.В. Зиновьев, А.Н. Стародубов // Вестник КузГТУ. — 2010. — №4. — C. 144-146.

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org