Основы построения автоматизированных систем проектирования технологических процессов и сопровождения производства изделий в геофизическом приборостроении
| Вид материала | Автореферат |
- Методика проектирования автоматизированных систем, 36.85kb.
- План занятий третьего года обучения, по специальности «Программное обеспечение вычислительной, 103.35kb.
- Рабочей программы дисциплины Проектирование автоматизированных систем по направлению, 34.43kb.
- Основы построения автоматизированных систем иерархически-взаимосвязанного управления, 455.86kb.
- Основы построения автоматизированных систем иерархически-взаимосвязанного управления, 455.78kb.
- Аннотация рабочей программы дисциплины «Теория автоматического управления» Направление, 32.95kb.
- 220703 Автоматизация технологических процессов и производств, 46.56kb.
- Задачи и методы синтеза линейных су. Линейные дискретные модели су: основные понятия, 80.42kb.
- Влияние технологических процессов на формирование затрат производства и себестоимости, 29.68kb.
- Программа предназначена для работников машиностроительных предприятий, имеющих среднее, 16.96kb.
ТП являются управляемыми АССП подсистемами, состоящими из различных подсистем – участков, и осуществляют преобразование предметов производства в соответствии с алгоритмами (технологической документацией), задаваемыми командами
операторами 
. реализуются мастерами, предназначены для контроля технологической дисциплины, управления работой непосредственно на рабочих местах и получения информации о ходе работ. Функции подсистемы Р связаны с оценкой выполнения КПГ по всем участкам (
) ТП в целом (Р1), и передачей данной информации (
) агенту С. Функции агента В связана с разработкой множеств параметров (
, 
) характеризующих КПГ для операторов и Р (
); определения отличия фактического КПГ 
от задаваемого множеством параметров L2 (
), и фактическую загрузку оборудования по типам и группам оборудования участков ТП (
). Функции агента О (объемное и календарное планирование): 
определяет исходные параметры (
) для расчёта КПГ; 
- отклонения
от задаваемого объемного плана 
. Подсистема управления (С) реализует следующие функции: определение объемного плана для подсистемы О (3 разновидности подфункций -первичный расчет и итерации); выработка управляющего воздействия L2 на агента В (имеет 3 подфункции, первичный расчет и итерации); осуществляет обратную связь
с СУО по отклонениям от планового задания 
по срокам и номенклатуре изделий на основе анализа , и ; прямое управление L3 работой операторов с целью приведения КПГ в норму. В АССП реализованы три вида обратных связей: по объемному плану, КПГ и диспетчированию ТП. АССП имеет обратную связь с САПР ТП и осуществляет общую обратную связь () с СУО. Анализ связей в модели позволил формализовать с помощью продукционных моделей процедуры принятия решений при синтезе объемных и календарных планов, КПГ и диспетчировании. На основе распознавания ситуации при синтезе планов предложены формальные процедуры их разработки, определены условия перехода к следующему уровню планов, и возврата на предыдущий. Условия определяются путем анализа соотношений длительности циклов и сроков выполнения заказов, станкоемкостей работ по типам и (или) группам оборудования и фондов времени. Для синтеза КПГ (оперативные планы) предложено использовать приоритетные схемы. В работах (М.Х. Блехерман, А.П. Гусев, Зиммерс М, И.М. Макаров, Г.Б. Орловский, В.А. Петрова, В.Г. Раппопорт и др.) показано использование некоторых приоритетов при прохождении деталей по рабочим местам, но комплексно данный вопрос не исследован. Выявлены принципы формирования систем приоритетов (иерархичность, целевая направленность-соответствие целям функционирования организации и иерархии организации, ситуативность-учет параметров состояния ТП при выборе приоритетных схем, постоянство действия важнейших приоритетов, отражающих смысл функционирования ПС, вариабельность- наложение вариативных приоритетов на постоянные). Обосновано и сформировано 11 систем иерархических приоритетных схем (ПРС), выбираемых продукционными моделями знаний на основе формального распознавания и анализа ситуации в ТП (загрузки оборудования по ходу основного детале-потока, длительности и числа операций в маршрутах запускаемых деталей, времени поступления деталей, наличия свободного оборудования, длительности первой следующей операции и т.д.). Каждая ПРС (рис.5) имеет иерархию приоритетов: глобальный (разряды работ), внутренний (группы работ в пределах разряда), частный (виды работ в пределах группы).
 |
| Рис.5. Иерархия приоритетов |
Разработаны правила переназначения приоритетов при переходе в следующие интервалы оперативного планирования (ИОП). Обоснован критерий разработки КПГ- минимальный совокупный цикл изготовления запускаемых в обработку партий деталей. Для использования приоритетных схем уточнена постановка конвейерной задачи (М.Х. Прилуцкий, Стайглиц К. и др.) составления КПГ применительно к ТП ГФП путем введения 4-го (первые 3- ненарушаемость маршрута, непрерывность операции, число рабочих мест) ограничения: из находящихся в очереди на обработку на операции
l партий деталей первой на станок (время начало операции 
более раннее) поступает имеющая высший (символ выше - ››) приоритет П
: 
››
(
< 
)]. Требуется построить календарный план 
с учетом ограничений, и удовлетворяющий целевой функции: 
, где 
- время окончания обработки 
-й партии деталей на 
-й операции на 
-й группе станков от начала ИОП. Для последующего синтеза КПГ и сравнения оставляется 2-3 схемы. Для расчета КПГ плановый период разбивается на 5-ти дневные ИОП. В ТП реализуется схема с минимумом 
. Реализация решение возможна на основе использования известного метода «ветвей и границ», но практически, при использовании ПРС, исключающих неоднозначность, в этом нет необходимости.Диспетчирование строится на отслеживании фактических времен начала операций и сравнении их с расчетными (КПГ) по каждой обрабатываемой партии деталей. Анализом состояния при запуске деталей
, фактических и допустимых величин отставания (опережения) КПГ за данный и предшествующие ИОП (состояния 
,
), фактических (
) и плановых (
) фондов времени работы оборудования по типам и (или) группам, формально определяются причины рассогласования КПГ (несоответствие фондов времени работы, некорректные нормативы, оргпричины). Продукциями 
на основе подусловий (
) выявляются управленческие решения (УР) по введению ТП в плановый режим (дополнительные смены и рабочие места, пересмотр планов и т.п.):
В противоречивых ситуациях предусмотрено вмешательство оператора. Схема работы АССП приведена на рис.6.
Если определение и учет большого числа параметров затруднен, при числе рабочих мест в ТП менее 25-30 (возможна оценка отставаний и выявление причин рассогласования КПГ мастерами), предложено применение диспетчирования на основе аппарата нечетких множеств. Объект управления - КПГ. Управление ведется по входам: 1) относительное объемное отставание (опережение) плана по типу и (или) группе станков с начала диспетчирования; 2) относительное среднее объемное отставание (опережение) плана по типу и (или) группе станков за 1-н ИОП с начала диспетчирования; 3) увеличение (уменьшение) отставания (опережения) объемного плана за последний ИОП по сравнению со средним по типу и (или) группе станков.
 |
| Рис.6. Схема работы АССП |
Шестая глава посвящена планированию, проведению и анализу результатов апробации, определению степени достоверности предложенных моделей и методов. Учитывая необходимость комплексного подхода к созданию САПР ТП и АССП, выполнены работы по совершенствованию структуры ТП и унификации изготовляемых деталей. В соответствии с классификацией работ, сделанной на основе анализа рабочих и перспективных ТПр изготовления деталей и приборов, предложен состав ТП производственной системы и ее механообрабатывающих подразделений. Предлагаемое оборудование имеет частично общие области по реализации ТПр, что даёт возможность варьировать загрузкой оборудования, и отвечает принципам концентрации, автоматизации и гибкости. Для соблюдения принципа пропорциональности, определение количественного состава оборудования выполнялось анализом станкоемкостей работ, выполняемых по каждому типу и группе станков. Для постепенного уменьшения объема очередей по основному детале-потоку, было обеспечено снижение коэффициента загрузки оборудования по его ходу в пределах 4-6 %. С целью минимизации времени прерывания ТПр, загрузка оборудования на выносных операциях принята меньшей на 20-27%. Пространственная структура ТП формировалась исходя из принципа прямоточности анализом ТПр наиболее трудоёмких в обработке деталей (головки, корпуса и т.д.). Это позволило обосновать и реализовать предложенную функциональную структуру и компоновку (пространственную структуру) ТП на базовом предприятии. Конструкторско-технологическая унификация (КТУ) преследовала 2 цели: сократить время, затрачиваемое на проектирование изделий и создать предпосылки унификации решений в САПР ТП. Проведение КТУ на базовом предприятии позволило достаточно эффективно подойти к проектированию в САПР ТП по методам типизации, и способствовало уменьшению сложности формальных алгоритмов проектирования. Качество проектных решений повысилось за счёт оптимизации элементов технологии для типовых деталей и их поверхностей.
Разработанные методики автоматизированного проектирования и сопровождения ТПр реализованы в виде программно-технического комплекса, связывающего конструкторские подразделения (CAD), технологические службы (САПР ТП), цеховой управленческий персонал (АССП), управленческий персонал (мастеров) ТП и систему управления (СУО) организацией (рис.7.) САПР ТП и АССП могут использоваться автономно, предусмотрена возможность интеграции комплекса с ERP-системами.
На этапе опытной проверки САПР ТП выполнялось моделирование процедур проектирования ТПр для 20 деталей. В качестве примера рассмотрим ТПр обработки детали СТО 8.649.009 (Головка верхняя-2, материал-сталь 40Х13, HRC 28..32) в условиях ООО «Нефтегазгеофизика». Базой сравнения был действующий ТПр (
=6,7 смен, 
=765,9 мин, число операций-8, ЦФ-→min). Размер партии деталей принят равный 4.  |
| Рис.7. Структура программного комплекса |
) изготовления партии деталей, дало результаты: =5,6 смен, штучно-калькуляционное время, 
=533,2 мин, число операций-8. При проектировании единичных ТПр при целевой функции →min получено: =4,2 смены, =339,6 мин, число операций-9. Проектирования единичных ТПр при задании ЦФ - минимум себестоимости - =5,5 смен, =307,7 мин, число операций-6. Проведена критериальная проверка вариантов (критерий 
Стъюдента и Т-критерий Фишера). Результаты позволили констатировать, что модели в САПР ТП эффективнее принятых методов проектирования, чувствительны к изменению целевой функции. 8-ю экспертами по 10-бальной системе оценивалось качество технологий (с точки зрения обеспечения точности) и их соответствие условиям ТП и целевой функции, средние оценки составили 9,11 и 9,03 балла соответственно.Исследование моделей диспетчирования АССП показало, что они позволяют вводить ТП в плановый режим в 1,5-2 раза быстрее, нежели при применении «ручного управления».
 |
| Рис.8. Трудоемкость проектирования ТПр деталей средней сложности |
Опытная эксплуатация программно-технического комплекса в 2009-10 гг. показала, что сокращение времени проектирования ТПр обеспечивалось до 3-4 раз (рис.8, 1-й столбец-база; 2-й-перепроектирование по методу типизации; 3-й -проектирование единичных ТПр) по сравнению с базой (программные средства T-Flex) при высоком качестве технологий (брак при изготовлении уменьшен в 1.9 раза). Проанализирована ожидаемая точность и откорректированы 68 ТПр, спроектированным ранее. У 13 из них (порядка 20%), точность размеров обеспечивалась с вероятностью от 74 до 88%. Предложено изменить размеры заготовок для основных деталей, что обеспечило сокращение их материалоемкости до 8%.
 |
| Рис.9. Результаты работы ТП |
В заключение приведена общая характеристика, основные результаты работы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
В ходе выполнения исследования получены результаты, обеспечивающие решение крупной научно-технической проблемы, имеющей важное значение для отечественной промышленности и хозяйства: создание теоретических основ для построения систем и применения методов автоматизированного проектирования технологических процессов и сопровождения производства изделий, позволяющих осуществить автоматизацию и интеллектуализацию решения задач, а именно: для предложенного в работе интегрированного организационно-технологического проектирования в производственных системах геофизического приборостроения разработаны:
1. Теоретико-множественные модели производственной системы, САПР ТП и АССП, построенных на основе системных отношений и категорий «часть-целое», «система-подсистема», «целостность-разобщенность», «внешняя среда», «подчиненность целей», «преемственность структур», позволяющие информационно описать процессы технологической подготовки и выпуска изделий, получить новые системные свойства при проектировании ТПр и сопровождении производства изделий, и определить функции, структуры и параметры решений в САПР ТП и АССП.
2. Модель процесса проектирования в САПР ТП, отвечающая выявленным системным принципам преемственности структур, целостности и разобщенности, взаимосвязи и взаимообусловленности, связи с внешней средой, включающая: модели и структуры проектируемого объекта на различных уровнях декомпозиции с соответствующими системными характеристиками, определяющими пространства поиска решений; модели и структуры процесса осуществления проектных процедур: иерархическую 4-х уровневую структуру (способ декомпозиции), модели представления знаний для синтеза решений соответствующего уровня декомпозиции, модели поиска решений (последовательность преобразования одного пространства поиска решений в другое), способы оценки решений, обобщения и накопления опыта проектирования, модель технологичнских подразделений, логико-функциональную структуру (функции и последовательность выполнения проектных процеду), информационную структуру (модели обмена информацией).
3. Принципы построения САПР ТП и АССП, определяющие их информационную интеграцию, связи с ТП и СУО, наличие элементов ИИ, иерархичность и способ оценки решений, интеграцию в единое информационное пространство, и детализируемые: 1) для САПР ТП - а) принципами декомпозиции процесса проектирования, б) принципами разработки системы критериальных оценок, в) методикой структуризации и формализации знаний на основе иерархических системно-технологических положений, отражающих технологические, организационно-экономические и системные закономерности проектирования ТПр, и определяющих базу знаний продукционных моделей, логических, оптимизационных и интуитивных функций, обеспечивающих синтез решений и накопление опыта проектирования в САПР ТП; 2) для АССП - а) принципами разработки приоритетных схем, б) принципами планирования и управления.
4. На основе выявленных принципов построения САПР ТП методика автоматизированного организационно-технологического проектирования для единичных технологических процессов и по методу типизации, состоящая в формальном представлении: проектных процедур на уровнях синтеза укрупненных схем, маршрутной и операционной технологии, разработке управляющих программ для станков с ЧПУ; процедур оценки решений на уровнях системами критериев, зависящими от целевой функции производственной системы, состояния ТП и параметров технологии рассматриваемого уровня декомпозиции; способов модификации решений при изменении загрузки оборудования и целевой функции.
5. Система моделей для информационного обеспечения АССП, включающая: функциональное описание уровней сопровождения, логическую схему взаимосвязи проектных процедур, иерархические системы приоритетов для разработки календарных планов-графиков прохождения деталей по операциям на основе иерархических приоритетных схем, способы осуществления проектных процедур, способы распознавания ситуации в ТП, нечеткое управление.
6. Методика автоматизированного сопровождения процессов изготовления приборов, соответствующая системе планов организации и основанная на: систематизации и формализации процедур расчета на уровнях объемного, календарного, оперативного планирования и диспетчирования; интервальной критериальной оценке, обеспечивающей реализацию обратных межуровневых связей, автоматический переходе от одного уровня сопровождения к другому и в режим диалога; оперативном планировании и диспетчировании на основе интервального метода и распознавания ситуации в технологических подразделениях.
7. Предложены методики и элементы программных средств по проектированию ТПр (зарегистрирована программа для ЭВМ) и сопровождению процессов изготовления приборов, отражающие выявленные принципы создания САПР ТП и АССП и предложенную методологию автоматизированного проектирования и обеспечивающие формализацию и интеллектуализацию процедур синтеза решений. При модификации, методики могут быть использованы в других областях единичного и мелкосерийного машиностроения.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ: