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.
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.
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).
- Устанавливаются параметры производственной площади (рисунок 4).
- Выбирается и устанавливается технологическое оборудование, происходит объединение его в РТК, задается маршрут обработки (рисунок 5).
- 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).
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
- Имитационное моделирование. Классика CS.: книга/ Кельтон В., Лоу А. — 3-е изд. — СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004. — 847 с.
- Имитационное моделирование систем — искусство и наука : книга / Шеннон Р. — М.: Мир, 1978, -420 с.
- 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.
