д.т.н., проф.    Коробецкий Ю.П., к.ф.-м.н., доцент Калиненко Н.А.

Методы абстрагирования в имитационных моделях

Восточноукраинский Национальный университет им.В.Даля, Украина

 

В статье рассмотрены методы абстрагирования  при формировании             имитационных моделей на примере работы участка механической                обработки   машиностроительного   завода. Определены возможности использования накопительных устройств в качестве типовых объектов в имитационных абстрактных моделях.

          Имитационные модели нашли широкое применение в различных отраслях экономики. Однако разработка имитационных моделей и соответствующих программных продуктов связана со значительными временными и финансовыми затратами, с участием значительного количества высококвалифицированных специалистов. Для снижения трудоёмкости разрабатываемых моделей в последнее время предприняты определённые шаги. Появились графические языки моделирования типа унифицированного, стандартного языка UML, системы автоматизированного программирования (например, Rational Rose, Star UML и др.), методы формирования моделей на основе объектно-ориентиро­ванного проектирования и программирования и т. д. Но, несмотря на отмеченные положительные моменты, трудности при решении данной проблемы остаются весьма значительными. Необходимо предпринять новые качественные шаги, которые могли бы существенным образом изменить ситуацию в лучшую сторону [1].

Данная работа направлена на поиск новых путей повышения эффективности имитационных моделей. Основное внимание в этих предложениях уделено повышению степени абстрагирования  разрабатываемых моделей.

Значительного упрощения в моделях работы подразделений можно до­биться за счёт объединения функций у разных объектов. Идея заключается в том, что в моделях осуществляются операции с информационными потоками, а не с реальными объектами, как в физической системе. Для отслеживания производственных за­трат времени не всегда нужно иметь полную информацию об объектах и опе­рациях в реальных системах. Достаточно выделить тот объём информации, который необходим для решения поставленной задачи.

Рассмотрим возможности абстрагирования операций на примере работы некоторого участка машиностроительного завода  (рис.1).

Рис. 1.  Схема производственного участка

Здесь: РШ – робот-штабелёр, ПП – промежуточные позиции, Тел – тележка, С1 – С4 – станки. Перед каждым станком имеется накопительное устройство (НУ). ПП выполняет функции НУ перед Тел. Частично функции НУ выполняет и слад перед РШ.

Вместо двух объектов склада и РШ (рис.2.1) можно оставить только один объект – РШ, представив его в виде набора позиций НУ, куда могут поступать заготовки  и готовые изделия (рис. 2.2).

Рис. 2.  Схема работы «Склад – РШ» – 1  и эквивалентная схема  РШ – 2

   Аналогичным образом можно вместо ПП и Тел  оставить один объ­ект – Тел,  представив его в виде набора некоторого количества позиций для заготовок (рис. 3.1. и 3.2.). На каждой позиции происходит обработка информации, которую должна выполнять Тел. Представление Тел в виде

нескольких позиций даёт возможность имитировать особенности транспортных операций в физической системе и в то же время учитывать свойства объекта ПП, как накопителя   НУ.

 

Рис. 3. Схема работы «ПП – Тел» – 1  и эквивалентная схема  «Тел» – 2

      Что касается станков с НУ, то каждый станок можно представить одним объектом в виде наборов по­зиций НУ. Количество позиций для каждого станка определяется расчётным значением ёмкости НУ (рис.4.1. и 4.2.).

На рис.4.1 представлена схема С1 с НУ в виде поворотного механизма. Во время обработки детали Тел может забрать готовую деталь с НУ и загрузить очередную заготовку.  Расчётное количество позиций      НУ может быть разным и зависит от надёжности обору­дования, времени цикла обработки деталей и др.                         

       В эквивалентной схеме особенности выполнения операций следующие: каждая из одинаковых позиций в эквивалентных схемах работает самостоятельно, но последовательно. Если работает одна из позиций объекта (происходит обработка ин­формации), вторая позиция работать не может. Однако в это время на вторую позицию может быть подана очередная информация, которая ожидает своей очереди на обработку. С точки зрения оценки временных затрат представ­ленные схемы на (рис.2 – рис.4) являются эквивалентными. Можно отметить, что все действия разных объектов в участке могут быть представлены аналогичными алгоритмами работы. Схема эквивалентных замен в виде последовательной цепочки взаимодействующих объектов на участке представлена на рис.5.2. Такой подход к построению имитационной абстрактной модели определяет принцип управления взаимодействием объектов в этих моделях. Алго­ритмы работы моделей с использованием эквивалентных схем  значительно проще, чем в обычных ИМ. Методика построения моделей на основе эквивалентных схем соответствует переходу от обычных ИМ к имитационным абстрактным моделям (ИАМ).

 

Рис. 4. Схема работы станка А1 и НУ (1) и эквивалентная схема  А1 (2)

             

Рис. 5. Схема абстрактной модели (1) и схема взаимодействия объектов (2)

Аналогичный подход может быть использован при моделировании цехов, состоящих из некоторого количества участков. В этом случае действия участков аналогичны действиям станков на участке с учётом того, что в цехах отслеживается обработка не отдельных деталей, а партий деталей. В цеховом складе учитывается поступление и выдача также партий деталей.

На уровне предприятия действия цехов аналогичны действиям участков. В цехах отслеживаются группы партий деталей, свойства которых определяется способом обработки в том или ином цехе.

Выводы:  В работе определена важная роль НУ в ИМ. Объектные и структурные преобразования позволяют типизировать алгоритмы для различных ситуаций. По предложенным схемам можно разрабатывать модели работы производственных подраз­делений, начиная от участка и далее до предприятия различной отраслевой направленности. Коли­чество объектов в последовательных  цепочках может быть различным, как и ко­личество цепочек в подразделениях. Это даёт повод утверждать, что трудоёмкость и денежные затраты на построение моделей и соответст­вующих программных продуктов будут существенно снижаться.

Литература

1. Коробецкий Ю.П. Комплексные имитационные модели в управлении производственных систем. // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля. – Луганськ. -  №3 (145).  – 2010. – С.164 – 172.