Сербан О.Ф., студент

Пуховський Є.С., д.т.н., професор

НТУУ «КПІ», м. Київ, Україна

Системні принципи технологічного проектування гнучкої виробничої системи

Під системою розуміють цілісний об’єкт, який складається з елементі, об’єднаних певними зв’язками. Систему можна охарактеризувати елементами (тобто субстанцію системи), структурою (тобто її організацією), упорядкованістю, формою; процесами зміни як елементів (субстанції) системи, так і її організаційних зв’язків (структури).

Елементами системи можуть бути як матеріальні, так і ідеальні об’єкти (поняття, ідеї). Матеріальні систем, елементи яких є суттєвими, називаються первинними, а матеріальні системи, елементи яких є тільки символами, знаками, – вторинними. Вони виникають лише в результаті діяльності людей, служать носіями семантичної інформації і можуть бути названі знаковими, або семіотичними. Матеріальна субстанція семіотичних систем створена для накопичення, перетворення та передачі інформації. Субстанція будь-якої системи має певні властивості – атрибути.

Процеси, елементи, структура системи – взаємообумовлені та тісно пов’язані поняття. Відокремлене їх вивчення дає змогу характеризувати систему з різних боків і виділити загальні структурні, субстанціональні та функціональні особливості, тобто створювати моделі, адекватні реальним системам.

Гнучке автоматизоване виробництво є складною системою, яка складається з первинних матеріальних семіотичних та ідеальних підсистем, функціонування яких проявляється у вигляді виробничого процесу, причому ця система відрізняється від традиційних виробництв: процеси в ГАВ більшою мірою залежать від семіотичних підсистем, ніж від ідеальних; у ГАВ ЕОМ для безпосередньої реалізації смислової інформації, що зберігається в семіотичних підсистемах у формі матеріальних змін – технологічних процесів. Відповідно до теорії ієрархічних систем ГАВ можна уявити багаторівневою моделлю, на кожному рівні (страті) якої можна виділити деякі підсистеми ГАВ.

Ієрархічна модель ГАВ складається з технологічної (самої нижньої), компьютерної, алгоритмічної та інформаційної страт.

Елементами першого рівня (технологічної страти) є одиниці технологічного обладнання. На цьому рівні відбувається обмін матеріалами ГАВ із зовнішнім середовищем, а також описуються ТП, які забезпечують виготовлення продукції.

Елементами другої страти (компьютерної) є обчислювальні машини. На цьому рівні протікають усі інформаційні процеси в ГАВ, які містять керування ТП на обмін інформацією із зовнішнім середовищем.

Третій рівень складається з алгоритмів, які зберігаються в пам’яті ЕОМ у вигляді програм на алгоритмічних мовах. На цій страті знаходяться також ідеальні неформалізовані алгоритми, якими керується людина як вищий, вирішальний елемент ГАВ.

На четвертому (вищому) рівні абстракції знаходиться інформаційна страта, яку можна назвати також системною, оскільки вона є деякою системною моделлю ГАВ у цілому.

В процесі технологічного проектування ГВС частіше використовується технологічна страта, проте при системному підході враховуються її зв’язки з іншими ієрархічними рівнями ГАВ. Субстанцією технологічної страти (підсистеми) є багато різних станків, транспортних і складських пристроїв, інструментів, оснастки тощо. Елементи технологічної підсистеми мають системно-утворюючі атрибути, які визначають функціональні властивості технологічного обладнання. Функціональна структура ГВС за цими атрибутами складається з таких класів: основне технологічне обладнання, яке забезпечує безпосередню обробку та перетворення предметів праці; транспортне та маніпуляційне обладнання, що здійснює автоматичний зв'язок між одиницями основного технологічного обладнання; засоби технологічного оснащення (пристрої, різальний та контрольно-вимірювальний інструмент), які забезпечують нормальне функціонування ТП; складське та накопичувальне обладнання для тимчасового збереження заготовок, напівфабрикатів і готових виробів.

Організаційна структура на технологічній страті значною мірою залежить від маршрутів та швидкості пересування матеріальних потоків, тому транспортно-складське та маніпуляційне обладнання багато в чому відрізняє ГАВ від традиційних оброблювальних систем.

Системний підхід до проектування ГВС вимагає залучення такої великої кількості даних та об’єктів, що проблема перестає бути не тільки розв’язуваною, а й осяжною. Для практичного розв’язання завдань створення ГВС необхідно, мабуть, скласти декомпозицію процесу проектування при порівняно неглибокому, традиційно поверхневому урахуванні соціальних, організаційних та економічних факторів, а за основу при проектуванні ГАВ брати технологію та обчислювальну техніку.

Одним с основних завдань розробки ідеології системного проектування є визначення структури процесу проектування, тобто його послідовності.

Багаторівневу схему системного технологічного проектування ГВС зображено на рис. 1.

На першому рівні на основі аналізу вихідного виробництва визначається доцільний рівень автоматизації та групуються технологічні об’єкти розв’язання.

На другому рівні роботи можуть виконуватись паралельно з роботами першого рівня. Створюються бази даних та ІПС технологічного призначення. Цей рівень є основою для синтезу технологічних рішень і структур ГВС, які виконуються на третьому рівні. Пропоновані рішення та набори структур не можуть бути оптимальними, оскільки не враховують багатьох організаційно-економічних та соціальних факторів, проте базуючись на вірогідній технологічній інформації, яку передає блок «елементної» технології, беруться квазіоптимальні рішення за складом основного та допоміжного технологічного обладнання, організації системи забезпечення інструментом та технологічною оснасткою.

І рівень

Аналіз виробництва

Визначення рівня автоматизації виробництва

Групування технологічних об’єктів

ІІ рівень

База даних конфігура-цій верстатів і ПР

База даних верстатів з ЧПК і ГВМ

База даних різального та допоміж-ного інструменту

База даних схем базування та засобів закріплен-ня деталей

База даних транспорт-них засобів

База даних типових компону-вань ГВС

ІІІ рівень

Проекту-вання «елемент-ної» технології ГВС

Вибір основного техноло-гічного облад-нання

Визначення складу системи інструмент-тального забезпечення ГВС

Вибір засобів базування та закріплен-ня деталей

Вибір засобів транспортування та складуван-ня деталей

Визначен-ня можливих компону-вань ГВС

ІV рівень

Автомати-зоване проекту-вання групової технології

Оптиміза-ція складу технолог-гічного обладнан-ня ГВС

Оптимізація інструмент-тального забезпечення ГВС

Ситуативне проекту-вання ГВС

Оптиміза-ція матеріаль-них потоків

Оптиміза-ція планува-льних рішень ГВС

Рис. 1. Багаторівнева схема системного технологічного проектування ГВС.

Четвертий рівень передбачає оптимізацію технологічних рішень ГВС.

За такої схеми технологічного проектування чітко проглядається системний підхід, тобто одночасно враховуються численні технологічні фактори, які безпосередньо впливають на організаційну та функціональну структуру ГВС. Характерні вимоги системного підходу враховуються вже на етапі синтезу технологічних рішень, коли з можливих варіантів необхідно відібрати такі, які задовольняють певним критеріям: мінімізації машинного часу обробки групи деталей; мінімізації допоміжного часу, пов’язаного з транспортуванням, закріпленням та контролем деталей; мінімізації простоювань обладнання; мінімізації кількості різальних інструментів, необхідних для обробки групи деталей; можливості використання універсальної оснастки для обробки групи деталей і мінімізації часу її переналагоджування, можливості обробки деталей за кількома альтернативними маршрутами, мінімізації площі, яку займає ГВС; мінімізації обслуговуючого персоналу.

Схему системної моделі ТП показано на рис. 2. У центрі моделі знаходиться процес групування технологічних об’єктів і рішень. Зв’язки блока групування з іншими процедурами показують, що процес групування постійно змінюється залежно від результатів моделювання та оптимізації структури ГВС, складу обладнання, групових ТП, інструментального забезпечення. На склад групи технологічних об’єктів значно впливає зміна виробничої ситуації та експлуатаційних показників ТО. Тому передбачається, що склад групи деталей, які підлягають обробці в ГВС, не є постійним, а має змінюватись і коригуватись залежно від виробничих обставин. Системна модель передбачає оптимізацію рішень, які приймаються (на рис. 2 блоки оптимізації позначені буквою О). Це дає змогу шляхом ітераційних процедур домогтись технологічних рішень, близьких до оптимальних.

Рис. 2. Схема системної моделі технологічного проектування ГВС

Література:

1. Проектування та експлуатація гнучких виробничих систем металообробки: Навч. посібник / Є.С. Пуховський. – К.: НМК ВО, 1992. – 156с.

2. Пуховский Е.С., Кукарин А.Б. Проектирование станочных систем многономенклатурного производства. – К.: Тэхника, 1997. – 221с.