Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
РЫЖКОВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА
РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМИ ОПЕРАЦИЯМИ НА ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОМ ЭТАПЕ ОТДЕЛОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Специальность:
05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (легкая промышленность)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва - 2011
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина на кафедре автоматики и промышленной электроники.
Научный консультант - доктор технических наук, профессор
Козлов Андрей Борисович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Севостьянов Петр Алексеевич
доктор технических наук, профессор
опандин Игорь Васильевич
доктор технических наук, профессор
Кольниченко Георгий Иванович
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановская государственная текстильная академия
Защита состоится л29 декабря 2011г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.139.03 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н.Косыгина по адресу: 119071, Москва, Малая Калужская ул., д.1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина
Автореферат разослан л____ __________2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор технических наук Фирсов А.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В настоящее время вспомогательные операции заключительного этапа отделочного производства, включающие разбраковку, упаковку, транспортировку на склад готовой продукции, размещение рулонов ткани на складе и формирование партий для отгрузки потребителям, это самые неавтоматизированные и некомпьютеризированные элементы в технологической цепочке производства тканей, где заняты десятки человек, труд которых не удается четко и ритмично организовать, что приводит к значительным потерям времени, пропуску брака, искажению сопроводительной и оперативной отчетной документации.
Из сказанного следует, что из-за вспомогательных операций заключительный этап отделочного производства является неэффективным, требующим большого количества времени и трудовых ресурсов. В настоящее время не существует теоретически обоснованных алгоритмов и научных методик, позволяющих автоматизировать вспомогательные операции заключительного этапа отделочного производства и синтезировать единую систему управления этими операциями. Поэтому разработка теоретических основ, алгоритмов и моделей вспомогательных операций заключительного этапа отделочного производства, являющихся основой для их автоматизации и создания единой системы управления, является актуальной.
Целью работы является разработка теоретических основ, алгоритмов и моделей вспомогательных операций заключительного этапа отделочного производства и создания на их основе общей методологии управления этими операциями и общего для них управляющего комплекса.
Для создания единой автоматизированной системы управления заключительным этапом производства тканей требуется разработка методик и алгоритмов работы браковочного оборудования, формирователей партий для отгрузки потребителям, погрузочно-разгрузочного оборудования и теоретическое обоснование последовательности выполнения операций при транспортировании готовых рулонов ткани, формирования партий для отгрузки потребителям, выполнения погрузочно-разгрузочных операций и работы склада.
Для достижения поставленной цели в диссертации были решены задачи по разработке теоретических основ функционирования вспомогательных операций заключительного этапа отделочного производства, построения на их основе алгоритмов работы и создания моделей, реализующих предложенные алгоритмы. В ходе решения поставленных задач была разработана структура заключительного этапа производства тканей. На этапе разбраковки предложена методика и разработана структура системы снятия информации о пороках ткани с использованием цифровой камеры с ПЗС-матрицей, разработана программа определения вида дефекта, предложена структура упаковочной машины, предложена методика маркировки текстильных полотен. На этапе формирования транспортного потока разработана структура движения ткани от рабочего стола до пунктов формирования партий для отгрузки потребителям, выполнены теоретические исследования временных случайных функций перемещения рулонов ткани от браковочного стола до тележки формирователя партии или на склад, на основе полученных данных разработаны модели и проведено моделирование движения рулонов ткани. На этапе формирования партий для отгрузки потребителю предложены модели, позволяющие оценить время, затраченное на формирование произвольной партии. Для рациональной организации работы склада построена и экспериментально опробована модель, позволяющая прогнозировать выпуск ткани в зависимости от заказов потребителей, предложены алгоритмы, позволяющие выбрать наиболее рациональный режим работы погрузочно-разгрузочного оборудования, а также показаны пути использования результатов диссертационной работы для автоматизации заключительного этапа производства тканей.
На основании этого был разработан и прошел опытную эксплуатацию автоматизированный комплекс, управляющий вспомогательными операциями заключительного этапа отделочного производства.
Автор защищает:
- Методику и алгоритм получения информации о пороках ткани в отделочном производстве.
- Теоретические исследования времени прохождения рулона ткани от браковочного стола до отгрузки потребителю.
- Модели движения рулонов ткани от браковочного стола до момента формирования партии и времени затрачиваемого на обслуживание рулона ткани формирователем партий.
- Алгоритмы и модели рационального функционирования погрузочно-разгрузочного устройства и построение алгоритмов системы управления погрузочно-разгрузочными устройствами.
- Модели работы склада, перспектив планирования и методику расчета оптимального выпуска ткани в зависимости от ее количества на складе.
- Структуру системы управления вспомогательным оборудованием на заключительном этапе отделочного производства, как автоматизированную информационно-управляющую систему.
Методы исследований. При решении поставленных задач были использованы теория исследования операций, теория множеств, теория массового обслуживания, теория восстановления, теория вероятностей, теория автоматического управления, общая теория систем, теория графов. Также был применен феноменологический подход, методы линейного программирования, численные и экспериментальные методы, а также средства вычислительной техники. При моделировании были использованы: пакет SimEvents пакета Simulink среды MATLAB, пакет Simulink среды MATLAB, MATHCAD, SCADA-система TraceMode 6, база данных MySQL. Работа с базой данных осуществлялась на языке C++.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждена путем математических доказательств, цифрового и имитационного моделирования и экспериментальных исследований, а также соответствия результатов моделирования и натурных экспериментов.
Научная новизна работы состоит в создании теоретических основ автоматизации основных операций заключительного этапа производства тканей, разработке методов разбраковки, формирования партий и создания моделей работы склада и погрузочно-разгрузочного оборудования, которые являются основой для создания автоматизированной системы управления заключительным отделом производства ткани, которая в создании комплекса математических, методологических и алгоритмических решений и определяется следующими положениями:
- Предложена структура последовательного выполнения вспомогательных операций заключительного этапа отделочного производства.
- Предложена методика разбраковки тканей с использованием цифровой камеры с ПЗС-матрицей.
- Разработаны теоретические положения, описывающие движение ткани от браковочного стола до тележки формирователя партии.
- Построена модель движения ткани от браковочного стола до тележки формирователя партии.
- Разработаны теоретические основы и построена модель работы склада.
- Построена модель, позволяющая оптимизировать работу погрузочно-разгрузочного оборудования.
- Предложена методика рационализации управляющих программ погрузочно-разгрузочного оборудования.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработанные теоретические положения, методы, методики и алгоритмы функционирования вспомогательного оборудования заключительного этапа отделочного производства являются основой для автоматизации этого оборудования, которая, в свою очередь, позволяет создать и реализовать структуру информационно-управляющего комплекса, построенного на базе SCADA-системы. Разработанная SCADA-система разбраковки и формирования партий для отгрузки потребителям показала возможность использования SCADA для управления вспомогательным оборудованием заключительного этапа отделочного производства.
Созданы компьютерные программы в среде Matlab, CoDeSis, на языке C++ позволяющие реализовывать предлагаемые модели методам имитационного моделирования.
Разработанная программа определения типов пороков ткани позволяет определить наличие порока и классифицировать его вид.
Разработанные методы прогнозирования оптимального выпуска ткани показывают зависимость выпуска ткани типа k от ее запаса на складе.
Созданы и программно реализованы методы оценки формирования транспортного потока, которые позволяют оценить время движения произвольного рулона ткани от браковочного стола до тележки формирователя партий, и следовательно, дать оценку времени формирования партии.
Созданная модель работы склада обеспечивают контроль и управление дефицитом ткани заданного артикула.
Разработанная методика оптимального перемещения погрузочно-разгрузочного оборудования позволяет сократить время на загрузку-разгрузку готовых тканей.
В целом результаты диссертационной работы могут быть сведены в табл.1.
Результаты работы прошли апробацию на ООО Швейная фабрика Новинка г. Можга Удмуртская Республика и промышленно-складском объединении ООО Маршал г. Можга Удмуртская Республика. Большинство разработанных в диссертации алгоритмов и моделей используются в учебном процессе ВУЗа.
Табл.1
Задачи | Результат |
Использование цифровой камеры | Повышение производительности на 22%; Снижение трудоемкости на 71% |
Формирование партий до поступления на склад | Сокращение складских площадей на 5% |
Автоматизация подбора партий с использованием электронной маркировки тканей | Время подбора партий из 7 рулонов сокращается на 20% с 20мин до 16 мин |
Использование рационального движения погрузочно-разгрузочных устройств | Сокращение времени объезда 7ячеек с 16мин до 11мин, т.е. на 33% |
Использование SCADA-системы для управления вспомогательным оборудованием заключительного этапа производства ткани | Повышение эффективности работы вспомогательного оборудования заключительного этапа производства ткани на 3% |
Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на 11 международных, 8 всероссийских конференциях. Среди них МНТК Современные технологии и оборудование текстильной промышленности. Текстиль 2008, МНТК Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности. Прогресс-2008, МНТК Современные технологии и оборудование текстильной промышленности. Текстиль 2009, Шестая ВСНСК Текстиль XXI века, М.,2007, МНТК Современные технологии и оборудование текстильной промышленности. Текстиль 2010 и др. Кроме того результаты работы обсуждались на Межвузовской НТК аспирантов и студентов Молодые ученые Цразвитию текстильной и легкой промышленности и Межвузовской НТК аспирантов и студентов Молодые ученые Цразвитию текстильной и легкой промышленности, апрель 2009г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 печатных работ, в том числе 1 учебное пособие, 18 статей опубликованных в журналах ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 146 наименований, двух приложений, содержит 353 страницы основного текста, 163 рисунка и 24 таблицы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дается обоснование темы диссертационной работы. Представлена общая характеристика работы, сформулированы ее цели и задачи, приведена характеристика научной новизны и практической значимости работы, а также представлены основные положения выносимые на защиту.
В Главе 1 выполнен анализ заключительного этапа отделочного производства показавший, что повысить эффективность работы этого этапа можно, автоматизировав его вспомогательные операции и организовав их в единый производственный процесс.
Заключительный этап отделочного производства включает большое число разнородных и несвязанных вспомогательных производственных операций, поэтому построение единой математической модели этого этапа производства вызывает существенные затруднения. Чисто аналитические подходы и методы натурального эксперимента позволяют получить общие интегральные оценки, но не дают детального анализа системы. Поэтому систему при исследовании предлагается разделить на связанные подуровни, взаимосвязь между которыми, в соответствии с теорией множеств, можно представить в виде отношений:
, где P - процесс; F - множество возмущений; U - множество управляющих величин; Y - множество наблюдаемых величин.
Одной из таких подсистем является контроль качества тканей. Анализ существующих технических решений показал, что не смотря на то, что создан ряд систем автоматического контроля, полностью задача по-прежнему не решена и основными проблемами являются невозможность идентифицировать дефект и невозможность объединить систему контроля, единой для всего заключительного этапа, системой управления.
Примером другой подсистемы является складское хозяйство, которое как составную часть, включает погрузочно-разгрузочное оборудование. Автоматизация погрузочно-разгрузочного оборудования склада позволяет сократить до минимума число обслуживающего персонала и в то же время обеспечивает высокую организацию и эффективность работы склада.
Только компьютерное моделирование позволяет учитывать все стороны заключительного этапа производства тканей, как единого производственного процесса: организацию процесса разбраковки, движение транспортных потоков, процесс формирования партий для отгрузки потребителю, организацию системы хранения и работы погрузочно-разгрузочного оборудования. Одно из наиболее удобных компьютерных средств с помощью которых можно построить такую систему и управлять заключительным этапом производства тканей, включая деятельность склада, реализуя при этом нужные математические модели и методы имитационного моделирования является SCADA-система, которая является наглядной и при моделировании, и при работе.
Анализ существующих систем управления подтвердил, что наиболее приемлемой для управления вспомогательными операциями заключительного этапа отделочного производства является SCADA. С учетом этого анализа и возможностей SCADA была разработана структурная схема SCADA-системы для управления вспомогательными операциями заключительного этапа отделочного производства, представленная на рис 1.
В главе 2 проведен анализ дефектов отделочного производства и анализ методов контроля качества готовой продукции.
Основываясь на данных, приведенных в работах Иезуитовой Г.Я. и Ребарбар Я.М., была проведена оценка времени, затрачиваемого на разбраковку тканей, по выражению:
Рис.1. Обобщенная структура SCADA-системы заключительного этапа отделочного производства тканей.
где - длина ткани; скорость перемотки ткани; количество полученных торговых кусков; количество разрезов ткани, сделанных для удаления грубых пороков и швов. Оценка показала пути уменьшения затрат времени на разбраковку: автоматизация процесса обработки лоскута ; автоматизация оформления документации и установки электронной метки ; автоматизация разрезания и заправки ткани .
Используя графоаналитический метод, построены и исследованы модели, определяющие зависимость выхода продукции от вероятности обнаружения пороков и позволяющие оценить целесообразность повторной обработки ткани. Выполненные расчеты и проведенное моделирование позволило получить графические оценки такой целесообразности в зависимости от плотности вероятности обнаружения пороков и получения ткани удовлетворительного качества, а также выделить области на графике, в которых повторная обработка целесообразна. Оптовая стоимость повторно обработанной ткани линейно зависит от стоимости обработки, причем, чем меньше плотность вероятности обнаружения технологического дефекта и чем больше плотность вероятности удовлетворительного качества ткани, чем менее выражена эта зависимость (рис.2а). На рис. 2б,в показаны зависимости
Рис.2. Зависимость оптовой стоимости единицы продукции от стоимости обработки (a), плотности вероятности того, что ткань удовлетворительного качества (y) и плотности верятности обнаружения технологических дефектов (k).
оптовой стоимости повторно обработанной ткани от плотности вероятности получения ткани удовлетворительного качества и плотности вероятности обнаружения дефекта. Из графиков видно, что повторная обработка целесообразна, если ее стоимость значительно меньше оптовой стоимости ткани.
Для организации объективного контроля качества ткани предложена структура автоматизированной системы контроля качества ткани и определения ее сортности. В главе рассмотрены алгоритмы определения наличия дефектов; определения вида дефекта; определения координат дефекта; поиска оборудования, являющегося причиной дефекта.
Анализ современных технологий контроля внешнего вида различных изделий показал наиболее перспективные оптико-электронные способы получения информации. Использование для определения порока цифровой видеокамеры позволяет достаточно просто и точно определить наличие и вид порока, а аппаратурно-программная система сбора и обработки информации позволяет ускорить обработку поступающих данных. При отсутствии дефекта программная обработка не задействована, а при наличии - рассчитывается только ветвь алгоритма, связанного с выделенным дефектом. В пакете Matlab разработана программа, позволяющая выделить и определить тип порока и его координаты.
Получена модель работы системы рассортировки ткани при наличии нескольких браковочных столов, которая позволяет оценить время обслуживания i кусков ткани в зависимости от потока требований. Приведенные примеры (рис.3) показывают, что время обслуживания заданного количества кусков ткани фактически не зависит от времени обслуживания отдельного требования и возрастает с увеличением потока требований:
,
где - среднее время обслуживания i кусков ткани; M[T0] - среднее время обслуживания; - интенсивность времени обслуживания отдельного требования; - интенсивность потока требований.
С увеличением среднего времени обслуживания снижается зависимость времени ожидания от потока требований.
Предложенная система контроля качества и определения сортности есть составная часть системы сбора и обработки информации, решающей следующие задачи: сбор информации с браковочного оборудования; централизованный расчет координат разреза отрезов ткани , сходящих с браковочных столов; создание базы данных о готовых тканях.
Рис.3. Численные значения и графическая интерпретация зависимости времени ожидания от интенсивности потока требований.
Процесс обработки информации в такой системе представляет собой однолинейную разомкнутую систему массового обслуживании, в которой среднее время ожидания обслуживания равно среднему времени ожидания в бесприоритетной системе.
Проведенный в главе 3 анализ позволил построить общую функциональную схему автоматизации вспомогательного отдела заключительного этапа отделочного производства и выделить основные ветви из общей структуры: диагностика суровья; диагностика дефектов; диагностика технологического оборудования; обработка лоскута; обработка запросов на производство продукции. Разработка теоретических основ и алгоритмов для автоматизации перечисленных выше направлений позволила создать основу для автоматизации вспомогательных операций заключительного этапа отделочного производства. Кроме перечисленных выше направлений автоматизации, актуальны вопросы формирования транспортных потоков при движении готовых рулонов ткани к пунктам формирования партий и автоматизация процесса формирования партий. Предложенный в главе математический аппарат позволил построить систему управления движением рулонов ткани с момента упаковки рулона и установки на него электронной метки, до момента перемещения рулона в тележку формирователя партии.
Так частота работы произвольного l-того формирователя партии составляет:
Результаты моделирования зависимости частоты обслуживания от количества рулонов в системе приведены на рис.4. Получаем, что с увеличением количества рулонов в системе сокращается время между двумя соседними обслуживаниями на l-том формирователе партии.
Рис. 4. Зависимость частоты обслуживания от количества рулонов в системе.
В главе предложена модель, позволяющая оценить среднее время обслуживания рулона ткани на формирователе партий, что, в свою очередь, дает возможность оценить время, затраченное на формирования партии в целом. Выполненное моделирование позволило получить зависимости
времени обслуживания рулона от средней интенсивности поступления рулонов и от количества формирователей партий. Математическое ожидание или среднее время обслуживания составит:
.
В процессе работы проведено моделирование и получена зависимость частоты обслуживания от отклонения времени обслуживания
.
Так, если частота колебаний времени обслуживания =0.1046мин (примерно 6 секунд), ошибка аппроксимации =0.25мин (15 сек), максимальное отклонение времени обслуживания от среднего значения Smax(t)=1 мин, то 2.4 мин, а N = = 0.42 мин. Таким образом, интервал между двумя соседними обслуживания будет составлять 25 секунд.
В главе предложена структура системы сбора и обработки информации, построенная с использованием современных возможностей SCADA-систем.
Таким образом, предложенный в главе, математический аппарат дает возможность построить систему управления движением рулонов ткани с момента упаковки рулона, и установки на него электронной метки, до момента перемещения рулона в тележку формирователя партии, а система сбора и обработки информации, построенная на основе SCADA-системы, позволяет не только собирать статистическую информацию, но и влиять на ход производственного процесса.
В главе 4 разработана математическая модель формирования транспортного потока, которая включает в себя модель движения рулонов к пунктам формирования партий
,
где n - количество последовательных идущих рулонов ткани. Модель позволила дать вероятностную оценку количеству рулонов, которое пройдет через пункт формирования партии за заданное время , что позволило оценить время, затрачиваемое на подбор определенной партии тканей;
При наличии одного формирователя партии имеем
(T) = при n = 1,2,Е,M,
(T) = 1 Ц при n = 0.
При наличии нескольких формирователей партий закон распределения времени обслуживания рулонов ткани становится биномиальным:
,
то есть время нахождения рулона в системе будет зависеть от общего количества рулонов. Зависимости времени обслуживания от количества рулонов при разном количестве формирователей партий показаны на рис.5. Результаты моделирования показали, что время выхода рулона из системы фактически не зависит от количества формирователей партий, работающих в системе.
Рис.5. Зависимость выхода рулона из системы от количества рулонов в системе при разном количестве формирователей партий.
Построена модель формирования партии на отгрузку потребителю. Опираясь на теорию массового обслуживания, в результате построения этой модели была получена формула, позволяющая оценить продолжительность пребывания в системе заданного рулона ткани:
,
где - скорость обслуживания, - траффик-интенсивность, М Цобщее количество рулонов.
В случае, когда рулон ткани не был востребован на пунктах формирования партий, он поступает на склад.
В общем случае задачи интенсификации работы склада можно разбить на две группы: задачи в которых определяется оптимальное число обслуживаемых механизмов или способы рациональной загрузки складов при случайном потоке рулонов ткани, и задачи последовательного обслуживания поступающих заявок как на загрузку, так и на разгрузку тканей, задачи второй группы решаются методами комбинаторного анализа.
При рассмотрении работы погрузочно-разгрузочных устройств в качестве критерия интенсификации их работы может быть принята либо траектория их движения, либо время их хода, причем между этими двумя критериями всегда существует связь. Показано, что задачу выбора рационального пути перемещения погрузочно-разгрузочного устройства следует решать методом ветвей и границ, частным случаем которого является задача коммивояжера. Рассматриваются специфические особенности этой задачи применительно к складам готовой продукции текстильных производств, и предлагается способ определения цикличности решения и цены подциклов по сумме переменных xij.
Разработанная в главе математическая модель перспектив планирования позволяет определить среднее число заказов за заданный период времени.
Таки образом, в главе разработаны математические модели всей цепочки вспомогательных операций на заключительном этапе отделочного производства.
Проведенный в главе 5 анализ существующего погрузочно-разгрузочного оборудования показал необходимость разработки системы управления, которая является частью общей системы управления вспомогательными операциями, и позволил получить зависимость горизонтальной и вертикальной скорости от длины перемещения при минимизации времени цикла. Расчеты, выполненные в соответствии с полученными формулами, показали, что увеличение скорости перемещения крана-штабелера даст эффект только в случае согласования скорости с параметрами складского помещения.
В главе разработаны алгоритмы загрузки - разгрузки секционных стеллажей контейнерами с рулонами ткани и склада элеваторного типа. Предложенные алгоритмы определяют основные законы функционирования складов и позволяют моделировать работу погрузочно-разгрузочного оборудования этих складов.
Предложены методы формализации законов функционирования погрузочно-разгрузочных устройств. в виде блок-схемы, в виде логического выражения типа
P'(ys)= xjyi ∨j(xsyk∨s(xlyp∨l(Е))),
и в виде матрицы. Приведено сравнение этих методов, показавшее преимущество использования блок-схем.
Разработана методика склеивания блок-схем алгоритмов, которая позволяет точно, со всеми необходимыми деталями, но в то же время сжато описать серию элементарных программ работы штабелера, объединенных в общую программу по перемещению рулонов ткани.
Разработана методика построения структурной схемы автоматизированной системы управления погрузочно-разгрузочными устройствами, в которой предлагается строить структурную схему на основе детализированного алгоритма функционирования устройства с учетом его функциональной схемы. Показано, что алгоритм несет в себе достаточную информацию для назначения оперативного пространства системы управления. Дополняя полученное пространство необходимыми связями, информационными и управляющими сигналами, добавив блок управления, получаем структурную схему всей системы в целом (рис.6).
В главе 6 построена SCADA-система для управления вспомогательными операциями заключительного этапа отделочного производства, которая подтвердила возможность создания общей системы управления
вспомогательными операциями, как единым производственным процессом. Возможности SCADA-системы позволяют построить и отладить систему управления на имитационных моделях, а затем не нарушая ее структуры, подключить вместо моделей реальное оборудование. Построенная система позволяет автоматизировать процесс сбора информации о готовой ткани, перейти на электронный документооборот. Пример визуализации процессов разбраковки и подбора партии для отгрузки потребителю показан на рис.7.
В главе предлагается структура упаковочной машины, построенная на основе разработанного алгоритма. Предлагаемый алгоритм упаковки рулонов ткани позволяет не только обеспечить сохранность рулона ткани и придать ему товарный вид, но и промаркировать рулон ткани. Электронная метка позволяет сохранить всю информацию о каждом рулоне ткани. Выбранный вариант маркировки, соединяет в себе RFID технологию и технологию штрихового кодирования. Специально для маркировки готовых тканей был разработан штрих-код, учитывающий требования производства и несущий информацию, необходимую потребителю. Использование электронной метки позволяет предприятию перейти на электронный документооборот, как внутри предприятия, так и при работе с потребителями и поставщиками.
Рис.6. Структурная схема системы управления
а)
б)
Рис.7 а) Монитор реального времени браковочного стола; б)Монитор реального времени пункта формирования партий.
Получены имитационные модели и проведено моделирование движения ткани от браковочного стола до момента формирования партии для отгрузки потребителю. Моделирование проведено для одноканальной системы, состоящей из одного браковочного стола, формирователя очереди (транспортера) и одного формирователя партий и трех вариантов многоканальной системы. Это вариант с тремя браковочными столами и одним формирователем партий, тремя браковочными столами и двумя параллельно расположенными формирователями партий и тремя браковочными столами и двумя последовательно расположенными формирователями партий. Результаты моделирования(рис.8,9,10) подтвердили полученные в четвертой главе теоретические выводы о закономерностях движения рулонов ткани от браковочного стола до тележки формирователя партии или на склад. Моделирование проведено в среде MATLAB, в пакете SimEvents пакета Simulink.
Проведено моделирование работы погрузочно-разгрузочных устройств на примере работы штабелера на складах ячеечного типа, которое показало, что использование при управлении рациональной траектории движения погрузочно-разгрузочных устройств позволяет повысить их производительность более чем на 30%.
Построена динамическая модель управления запасами на складе готовой продукции, подтвердившая теоретические положения, полученные в главе четыре и показавшая пути управления дефицитом.
Рис.8. Количество рулонов, находящихся на пути к формирователю партии.
Рис.9. Процедура формирования движения рулонов ткани к пункту формирования партии .
Рис.10. Время пребывания рулонов в очереди для обслуживания формирователем партии.
Выводы по работе
1. Решена проблема повышения эффективности вспомогательных операций заключительного этапа отделочного производства путем разработки теоретических основ, создания методик и алгоритмов работы браковочного оборудования, формирователей партий для отгрузки потребителям, погрузочно-разгрузочного оборудования.
2. Впервые предложена методика формализации заключительного этапа производства тканей, как единого производственного процесса. Построена и обоснована его структура и последовательность выполнения операций.
3. Разработаны структуры:
- Автоматизированной системы контроля качества ткани и определения ее сортности. Предложена методика обнаружения и классификации вида порока. На основе разработанных алгоритмов в среде Matlab разработана программа определения вида порока.
- Движения ткани от браковочного стола до пунктов формирования партий для отгрузки потребителям. Предложена модель, позволяющая оценить среднее время пребывания в системе произвольного рулона ткани, что, в свою очередь, дает возможность оценить время, затраченное на формирования партии в целом. Выполненное моделирование позволило получить зависимости времени движения рулона от среднего числа обработанных рулонов за единицу времени рулонов и от количества формирователей партий.
4. Разработаны методики:
- Построения алгоритмов системы управления погрузочно-разгрузочными устройствами. Предложены методы, оптимизирующие режимы работы погрузочно-разгрузочного оборудования.
- Построения структурной схемы автоматизированной системы управления погрузочно-разгрузочными устройствами. Предлагается строить структурную схему на основе детализированного алгоритма функционирования устройства с учетом его функциональной схемы.
5. Предложены методы формализации законов функционирования погрузочно-разгрузочных устройств. Разработана методика минимизации алгоритмов, которая позволяет точно, но в то же время сжато описать серию элементарных программ работы погрузочно-разгрузочного устройства, объединенных в общую программу по перемещению рулонов ткани. Предлагаемая методика позволяет построить систему управления погрузочно-разгрузочными устройствами с использованием компьютерных программ на любом алгоритмическом языке как высокого, так и низкого уровней.
6. Впервые построены модели:
- Формирования транспортного потока, которая позволяет дать вероятностную оценку количеству рулонов, которое пройдет через пункт формирования партии за заданное время, что позволит оценить время, затрачиваемое на подбор определенной партии тканей.
- Формирования партии на отгрузку потребителю. В результате построения этой модели получены зависимости времени обслуживания от скорости обслуживания и средней интенсивности поступления рулонов. Показано, что соотношение составляющих времени обслуживания зависит от интенсивности входного потока.
- Работы склада. Проведена оценка минимального и максимального уровня запаса тканей, а также дано математическое описание спроса, показывающее, что как при дискретном, так и при непрерывном спросе можно воспользоваться одними и теми же расчетными формулами, полученными в работе. Разработанная математическая модель перспектив планирования позволяет определить среднее число заказов за заданный период времени и составить прогноз на перспективу.
- Оценки количества выхода продукции в зависимости от наличия брака, а также целесообразность повторной обработки ткани. Построенные модели позволяют выделить область с заданными характеристиками ткани и получить численные значения выхода продукции при заданной вероятности обнаружения порока а также выделить области на графике в которых повторная обработка целесообразна.
- Управления запасами на складе готовой продукции, подтвердившая теоретические положения, полученные в главе четыре и позволяющая контролировать уровень дефицита для заданного артикула ткани
- Прогнозирования выпуска ткани в зависимости от количества заказов потребителей. Приведен пример использования этой модели для оптимизации выпуска ткани в течении рабочей недели.
7. Впервые построены имитационные модели и проведено моделирование движения ткани от браковочного стола до момента формирования партии для отгрузки потребителю. Моделирование проведено как для одноканальной системы, состоящей из одного браковочного стола, формирователя очереди (транспортера) и одного формирователя партий, так и для трех вариантов многоканальной системы. Результаты моделирования подтвердили полученные в четвертой главе теоретические выводы о закономерностях движения рулонов ткани от браковочного стола до тележки формирователя партии или на склад. Результаты расчетов по теоретически полученным формулам и результаты моделирования совпадают. Моделирование проведено в среде MATLAB, в пакете SimEvents пакета Simulink.
8. Проведено моделирование работы управляемых погрузочно-разгрузочных устройств на складах ячеечного типа, которое показало, что использование при управлении методов минимизации траектории движения штабелеров, позволяет повысить их производительность на 30%.
9. Впервые разработана SCADA-система для управления вспомогательными операциями заключительного этапа отделочного производства, которая доказала возможность управления вспомогательными операциями как единым производственным процессом. Возможности SCADA-системы позволяют моделировать и отлаживать систему управления на имитационных моделях, а затем, не нарушая ее структуры, подключить вместо моделей реальное оборудование. Построенная система позволяет, помимо управления, автоматизировать процесс сбора информации о готовой ткани, перейти на электронный документооборот.
Основное содержание работы отображено в публикациях:
(Статьи в журналах рекомендованных ВАК)
1.Рыжкова Е.А., Ермолаев Ю.А., Ромаш Э.М. Автоматизация процесса измерений// Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №1, 1993г., с. 89-93.
2.Рыжкова Е.А., Ермолаев Ю.А., Ромаш Э.М. Дистанционое управление измерением технологических параметров с использованием канала общего пользования // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №5, 1993г., с.90-95.
3. Рыжкова Е.А. Программное управление цифровым осциллографом вАСУТП с большой информативной емкостью // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №6, 1993г., 89-93.
4.Рыжкова Е.А., Ермолаев Ю.А. Использование информационно-измерительного комплекса для контроля и управления транспортированием материалов // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №2, 1998г., с.92-95.
5.Рыжкова Е.А., Березенцев М.Ю. Алгоритм получения информации о пороках ткани // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №3С(302) 2007г., с.132-134.
6. Рыжкова Е.А., Козлов А.Б. К вопросу об автоматизации вспомогательного отдела заключительной стадии производства ткани // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №6 2008г., с.86-90.
7. Рыжкова Е.А., Захаркина С.В. Система сбора и обработки информации для вспомогательного производства // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №2С 2009г., с.88-90.
8. Рыжкова Е.А., Ходаков А.С. Выделение основных направлений автоматизации прогрузочно-разгрузочных и транспортных операций на складах готовой продукции в текстильной промышленности // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №4 2009г., с.109-110.
9. Рыжкова Е.А., Ходаков А.С. Построение алгоритма отгрузки готовой продукции текстильного предприятия // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №5 2009г., с. 78-80
10. Рыжкова Е.А., Милехин Г.В. Оптимизация алгоритмов функционирования погрузочно-разгрузочных устройств с помощью теории графов // Текстильная промышленность, Специальный выпуск. Июль 2009г. , с.30-34.
11. Рыжкова Е.А., Полухина П.А., Ермаков А.А. Цифровая система снятия и обработки информации о браке // Химические волокна, №2, 2009г., с.26-28.
12. Рыжкова Е.А., Ермаков А.А. Использование графов для формализации законов функционирования погрузочно-разгрузочных устройств // Химические волокна, №2, 2009г., с.28-30.
13. Рыжкова Е.А. Построение модели движения рулонов ткани через пункты формирователя партий // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №3, 2010г., с. 95-98.
14. Рыжкова Е.А., Козлов А.Б. Вероятностная оценка времени движения рулона ткани // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №6, 2010г., с. 70-74.
15. Рыжкова Е.А., Козлов А.Б. Синтез устройств для автоматического управления погрузочно-разгрузочными и транспортными устройствами // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №8, 2010г. , с.80-83.
16. Рыжкова Е.А. Моделирование работы формирователя партии // Химические волокна, №4, 2010г. c.65-67.
17. Рыжкова Е.А., Милехин Г.В. Согласование работы технологических агрегатов на заключительном этапе производства тканей // Химические волокна, №5, 2010г. c.59-61.
18. Рыжкова Е.А., Милехин Г.В. Управление работой склада при детерминированной постоянной интенсивности спроса // Химические волокна, №6, 2010г. c.58-60.
(Статьи в журналах и сборниках)
19. Рыжкова Е.А., Ермолаев Ю.А., Правдюк А.Б. Скользящие режимы для синтеза нелинейных функциональных преобразователей в оптимальных по быстродействию системах автоматического управления // Межвузовский сборник научных трудов. Автоматизированные системы в текстильной промышленности, М. 1993г., с. 73-76.
20. Рыжкова Е.А., Ермолаев Ю.А., Ромаш Э.М. Разработка универсального информационно-измерительного комплекса // Межвузовский сборник научных трудов. Автоматизированные системы в текстильной промышленности, М. 1993г., c.26-32.
21. Рыжкова Е.А., Ермолаев Ю.А. Построение информационно-измерительного комплекса с гибкой структурой // Научные труды Московского государственного университета леса №278. Проблемы лесопромышленного производства", М.:1996г. с. 118-122.
22. Рыжкова Е.А., Ходаков А.С. Краткий обзор автоматизации вспомогательного производства. Обзор упаковочной машины // Вестник Демитровградского государственного технического университета, №4(30) 2006г. , с.30-32.
23. Рыжкова Е.А., Королев Ю.Н., Милехин Г.В., Калабеков А.Л. Фазовый метод определения количества волокна // Внутривузовская научно-техническая конференция, М., МГТУ им.А.Н. Косыгина, 2001,с. 90-91.
(Основные доклады и тезисы докладов на симпозиумах, конференциях и семинарах)
24. Рыжкова Е.А., Королев Ю.Н., Никифорова И.Н., Питкянен С.В. К решению проблемы унификации первичных преобразователелей информации // Международная научно-техническая конференция "Современные наукоемкие технологии"(ПРОГРЕСС-98). Тезисы докладов, 1998г. с. 391-392.
25. Рыжкова Е.А., Королев Ю.Н. Определение параметров частиц методами НПВО без их разрушения // 5-я Международная научно-техническая конференция "Оптические методы исследования потоков".Тезисы докладов, 1999 г., с. 95
26. Рыжкова Е.А., КоролевЮ.Н. Многофункциональный волоконно-оптический преобразователь для промышленных технологий // 5-я Международная научно-техническая конференция "Оптические методы исследования потоков".Тезисы докладов, 1999 г., с. 95 .
27. Рыжкова Е.А., КоролевЮ.Н Фазовый волоконно-оптический датчик // 5-я Международная научно-техническая конференция "Оптические методы исследования потоков".Тезисы докладов, 1999 г., с. 96.
28. Рыжкова Е.А., Милехин Г.В., Королев Ю.Н. К решению проблем унификации первичных преобразователей информации для систем автоматики // Всероссийская научно-техническая конференция Текстиль-2001. Тезисы докладов, 2001 г.,с.90.
29. Рыжкова Е.А., Королев Ю.Н. Об унификации первичных преобразователей информации для систем автоматизации // Всероссийская научно-техническая конференция "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности". Тезисы докладов,2002 г.,с.184-185.
30. Рыжкова Е.А., Королев Ю.Н., Кочкина О.В., Перегудова И.А. Методы качественного и количественного анализа свойств волокнистых материалов // Всероссийская научно-техническая конференция "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности". Тезисы докладов, 2003г., с.184-185.
31. Рыжкова Е.А., Королев Ю.Н., Румянцев Д.Ю. Автоматизированная система контроля смешивания волокон // Международная научно-техническая конференция "Прогрсс 2005", Тезисы докладов, 2005 г., с.311.
32. Рыжкова Е.А., Королев Ю.Н., Румянцев Д.Ю. Автоматический контроль смешивания натуральных и химических волокон // Всероссийская научно-техническая конференция " Современные технологии и оборудование текстильной промышленности". Тезисы докладов, 2005 г., с.223
33. Рыжкова Е.А., Королев Ю.Н., Румянцев Д.Ю. Использование оптоэлектронной техники в технологии смешивания волокон // Международная научно-техническая конференция "Прогресс 2005". Тезисы докладов, 2005 г., с.6-8.
34. Рыжкова Е.А., Королев Ю.Н., Румянцев Д.Ю Спектральный контроль процесса смешивания волокон // Всероссийская научно-техническая конференция "Текстиль 2005". Тезисы докладов, 2005 г., с.14-16.
35. Рыжкова Е.А., Полухина П.А. Алгоритм разбраковки хлопчатобумажных тканей // Материалы шестой всероссийской научной студенческой конференции Текстиль XXI века, 2007г.,с.77.
36. Рыжкова Е.А., Использование теории графов для оптимизации алгоритмов работы вспомогательного оборудования // Всероссийская научно-техническая конференция "Текстиль 2007". Тезисы докладов, 2007 г., с.199-200.
37. Ходаков А.С., Рыжкова Е.А., Автоматизация вспомогательного оборудования на этапе разбраковки тканей // Всероссийская научно-техническая конференция "Текстиль 2007". Тезисы докладов, 2007 г., с.214.
38. Рыжкова Е.А., Козлов А.Б. Алгоритмы функционирования погрузочно-разгрузочных и транспортных устройств // Международная научно-техническая конференция Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности. Прогресс-2008, 2008г.,с.76.
39. Рыжкова Е.А., Ходаков А.С. Козлов А.Б. Технология штрихового кодирования // Международная научно-техническая конференция аспирантов и студентов Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности, 2008г., с.123.
40. Рыжкова Е.А., Козлов А.Б. Вероятностная оценка времени распознавания характеристик рулона ткани при автоматическом формировании партий готовой продукции // Международная научно-техническая конференция Современные технологии и оборудование текстильной промышленности. Текстиль 2008, 2008 г., с. 210.
41. Рыжкова Е.А., Захаркина С.В. Использование SCADA-системы для сбора и обработки информации на заключительном этапе производства ткани // Международная научно-техническая конференция Современные технологии и оборудование текстильной промышленности. Текстиль 2009, 2009 г.,с.231.
42. Рыжкова Е.А., Мужиченко И.А., Виниченко С.Н. Автоматизированные системы управления заключительным этапом отделочного производства // Международная научно-техническая конференция аспирантов и студентов Молодые ученые Цразвитию текстильной и легкой промышленности, апрель 2009г., с.143-144.
43. Рыжкова Е.А., Козлов А.Б., Виниченко С.Н., Козлова Л.А. Использования технологии штрихового кодирования для маркировки готовых тканей // Международная научно-техническая конференция Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2010), 2010 г.,с.33-34.
44. Рыжкова Е.А., Захаркина С.В., Козлов А.Б. SCADA-система для управления заключительным этапом производства тканей // Международная научно-техническая конференция "Прогресс 2010", 2010 г., с.11-13.
45. Рыжкова Е.А. Модель оптимальной работы погрузочно-разгрузочных штабелеров // Международная научно-техническая конференция л Текстиль 2010, 2010г., с.181-182.
(Учебное пособие)
46. Козлов А.Б., Макаров А.А., Рыжкова Е.А. и другие. Микропроцессорные системы контроля и управления. Учебное пособие для ВУЗов, М.: МГТУ им.А.Н.Косыгина, 2004. - 236с.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям