Технические науки /12. Автоматизированные системы управления на производстве.

К.т.н. Иванов В.К.

Марийский государственный технический университет, Россия

Автоматизированная система анализа и синтеза параметров и характеристик производственной системы

Введение. В связи с переходом страны к рыночным отношениям проблема проектирования и создания гибких производственных систем (ГПС) становится всё более и более актуальной. Рынок требует гибкости производства, т.е. способности системы к быстрой переналадке и переподготовке производства, модификации или замены продукции.

Если учесть, что ГПС представляет собой многоуровневую, многорежимную, многокритериальную техническую систему, то проблема проектирования и управления такими объектами представляет собой достаточно сложную и актуальную задачу.

Цель работы: Разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения, позволяющего решать задачи моделирования, аналитического проектирования и оптимизации параметров ГПС.

Достижение этой цели возможно только путем математического моделирования и автоматизации проектирования применительно к производственным процессам, протекающим при работе подсистем ГПС.

Решаемые задачи: моделирование и аналитическое проектирование системы управления станка с числовым программным управлением для различных типов приводов [1]; аналитическое моделирование и выбор рациональных параметров производственного участка [2]; моделирование и аналитическое проектирование производственной системы на основе располагаемого вида и типа оборудования, специалистов и деталей, а также заданного технологического процесса [3].

На каждом из этих этапов реализованы методы и алгоритмы решения задач, удовлетворяющих заданным ограничениям типа неравенств на критерии качества и управляемые переменные, т.е. методы на основе идей основной задачи управления (ОЗУ)[4].

Комплекс средств, разработанных для моделирования и решения ОЗУ (рис. 1), содержит базу данных по видам и типам оборудования, специалистов и деталей. Для работы с системой необходимо ввести такие параметры как стоимость оборудования и специалистов, имеющееся количество оборудования и специалистов, необходимое количество деталей р-го вида, время изготовления этих деталей на оборудовании k-го вида и специалистами m-го вида, сетевой график технологического процесса.

Результатами моделирования и решения ОЗУ являются: время и стоимость выпуска деталей каждого вида, время работы и простоя оборудования k-го вида и специалистов m-го вида, полное время T и стоимость S выпуска всей партии деталей, возможный выпуск деталей каждого вида, рациональные параметры производственной системы.

Рис. 1

Решение задачи аналитического проектирования. Выбор рациональных параметров производственной системы связан с решением ОЗУ. Для этого к подсистеме моделирования в контур обратной связи подключен блок оптимизации .

Пример. Компоненты вектора управления ω = { F₂, L₃, n _k ², n _m⁶ } выбира-ются из области, заданной в соответствии с технологическими и эксплуатационными требованиями (1), где F₂ – количество токарных станков типа Т-2; L ₃ – количество специалистов типа С-2; n _k ² – количество корпусных деталей типа К-2; n _m⁶ – количество мелких деталей типа ФЛ-1. а критерии качества I [ω] представляют собой время работыT_F2 токарного станка и T_L3 слесаря универсала, а также количество деталей каждого вида N_k ^p и N _m ^p, изготавливаемых за заданное время. На них также наложены ограничения, которые представляют собой технические условия (2)

2 ≤ F₂ ≤ 6 1 ≤ Т _{F 2} ≤ 2

2 ≤ L ₃ ≤ 6 (1) 0,5 ≤ Т _{L 3} ≤ 2 (2)

2 ≤ n _k ² ≤ 6 4 ≤ N _k ² ≤ 6

2 ≤ n _m⁶ ≤ 6 8 ≤ N _m ⁶ ≤ 10

Постановка задачи. Среди допустимых значений вектора управляющих параметров (1) необходимо найти такие, при которых результаты решения ОЗУ удовлетворяют заданным техническим условиям (2). Метод решения задачи такого типа заключается в следующем. Вводятся безразмерные функционалы и , оценивающие удаление значений I_η [ω] от своих границ в технических условиях (2). Затем подсчитывается величина Г₀ = min max , которое в соответствии с разработанным алгоритмом должно быть меньше единицы. В этом случае ОЗУ имеет решение.

Результаты решения задачи представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Зависимость компонентов вектора управления и величины Г₀

от шагов поиска

Таким образом, рациональные значения параметров производственной системы: F₁* = 2 станка, n _k ² * = 5 шт., L ₃ * = 2 чел., n _m⁶ * = 6 шт.

Вывод. Разработанная система автоматизации позволяет осуществлять моделирование, выбирать рациональные параметры производственной системы, при которых удовлетворяются заданные технические условия на показатели качества и решать задачи управления производственным процессом.

Литература

1.Иванов, В.К. К задаче аналитического проектирования элементов гибких производственных систем/ В.К Иванов // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева, 2010, № 1.- С. 24-26.

2. Иванов В.К. Автоматизация проектирования и управления возможностями предприятия / Обозрение прикладной и промышленной математики. М.: Научное изд-во «ТВП», 2009. Т. 16, вып. 5. С. 853 – 854.

3. Иванов В.К. Автоматизация моделирования и управления возможностями производственной системы // Автоматизация и современные технологии, 2011,

№ 4 – С. 24-28.

4.Сиразетдинов, Т.К. Методы решения многокритериальных задач синтеза технических систем / Т.К.Сиразетдинов. - М.: Машиностроение, 1988. - 160 с.