CC BY
45
рощают обработку данных, в результате снижаются требования к быстродействию технических средств, что положительно сказывается на их стоимости.
Большие возможности появляются при использовании режимов удаленного доступа и управления пространственно распределенными объектами. Удаленный доступ значительно повышает возможности масштабного контроля процессов. Это особенно актуально для компаний, которые имеют множество территориально разнесенных представительств и могут из центрального офиса осуществлять мониторинг всех технологических процессов филиалов и управление ими. Сочетание интеллектуального управления и удаленного доступа существенно упрощает внедрение и отладку алгоритмов управления и, как следствие, повышает экономическую эффективность эксплуатации оборудования.
Опыт создания систем энергосберегающего управления тепловыми аппаратами на кафедре «Конструирование радиоэлектронных и микропроцессорных систем» Тамбовского государственного технического университета показал, что эффект от их внедрения достаточно высок и может достигать 25 % и более.
Литература
1. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzy Tech. СПб: БХВ-Петербург, 2005. 736 с.
2. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. М.: Радио и связь, 1982. 432 с.
3. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс; 2-е изд.; [пер. с англ.]. М.: Издат. дом «Вильямс», 2006. 1104 с.
4. Белоусов О.А. Виртуальный датчик в системе управления электрокамерными печами // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2005. № 4. С. 31-33.
5. Белоусов О.А. Автоматизированная система энергосберегающего управления электрокамерными печами // Автоматизация в промышленности. 2005. № 5. С. 8-9.
УДК 621.311:658.26
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В МНОГОНОМЕНКЛАТУРНЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ
Г.Б. Бурдо, д.т.н.; Н.А. Семенов, д.т.н.; А.А. Исаев
(Тверской государственный технический университет, gbtms@yandex.ru).
В статье изложены результаты исследований функций, структуры и моделей интеллектуальной автоматизированной системы управления технологическими процессами в единичном и мелкосерийном производствах.
Ключевые слова: управление технологическими процессами, искусственный интеллект, системный анализ.
Внедрение АСУ технологическими процессами (АСУ ТП) является одним из эффективных средств, позволяющих в единичном и мелкосерийном производствах обеспечить работу по принципу «точно вовремя» [1]. Актуальность постановки такой задачи объясняется недостаточно развитой нормативной базой, низкой структуризацией процессов управления, отсутствием учета динамики ситуации, складывающейся в технологических подразделениях данных типов производств.
Авторами выявлены функции АСУ ТП в условиях единичного и мелкосерийного производств и исходные данные для ее работы [2]. Структура АСУ ТП разработана в соответствии с принципами единства и взаимосвязи, одновременности, непрерывности, гибкости, точности, оперативности, эвристичности, относительной оптимальности, участия [2].
Для исследования работы АСУ ТП был применен системный подход и рассмотрена теоретико-
множественная модель АСУ ТП как части интегрированной системы САПР ТП-АСУ ТП.
Технологические подразделения (ТхП) являются управляемыми АСУ ТП подсистемами, состоящими из различных подсистем - участков.
Управляющая система представляет собой совокупность операторов, реализующих систему управления технологическими подразделениями. Сами технологические подразделения осуществляют преобразование предметов производства в соответствии с алгоритмами, задаваемыми командами {Ж,} операторам {ЯД Операторы {Я,} предназначены для контроля за технологической дисциплиной, управления работой непосредственно на рабочих местах и получения информации о ходе работ ({Я,}={ЯЬ Я2, Я,, Ят,}). Они реализуются линейными мастерами, отвечающими за работу подчиненных им элементов технологических подразделений ({{К,}}), причем обязательно условие
м
№} = (к„, Ки1, к,..., кп2,..., к,..., ,
1=1
т
^ {К1} = 0, то есть управляемыми должны быть
]=1
все подразделения, но одновременного подчинения нескольким операторам из множества {К,} не допускается. Каждым оператором К, управляются подразделения Ку, К, ..., К,, ..., К, образующие множества {К,},. Оператором К, выполняется несколько функций.
Первая из них, Куу, выполняет функцию контроля за соблюдением технологической дисциплины в каждом из подчиненных оператору К, i-x: Ку; MуxVij^Wij, где Ыу - множество параметров, описывающих операционные ТП для {К} участков технологических подразделений и содержащихся в технологической документации (передаются от САПР ТП); Vij - множество параметров, описывающих фактическое выполнение технологий на г-м участке; Wij - множество управляющих воздействий, вводящих ТП на участке в рамки, оговоренные технологической документацией.
Тогда совокупная функция {^^у по всем подчиненным оператору К, г'-м участкам Ку будет
К} :М } ® [Щ}; Ц,} = и^ = ^, где
/
{ V} - множество параметров, описывающих фактическое выполнение технологий на всех /-х участках (/=1, 2, ..., г, ..., п); {Wi}j - множество управляющих воздействий, вводящих технологии на г/'-х участках, управляемых К,, в состояние, оговоренное технологической документацией.
Вторая частная функция операторов, {К,}, управляет распределением работ по рабочим местам участков технологических подразделений. По каждому г-му участку вторая функция оператора {К,} следующая. Я2у : х М1 ] х ^ х Ц] ® X], где
L3j - управляющее воздействие от управляющей подсистемы с целью приведения календарного плана-графика (КПГ) к расчетному данному участку; - множество параметров, описывающих КПГ выпуска деталей, узлов и изделий исходя из планового числа рабочих мест на г-м участке, под-
чиненном/-му оператору К,; {2у}у= У21у =2у, 2у -
/
множество параметров КПГ выпуска деталей, узлов и изделий на всех г-х участках, управляемых оператором К, Ыу - множество параметров, характеризующих маршрутную технологию изготовления деталей, узлов и изделий на г-м участке, получаемых от САПР ТП; - множество параметров, характеризующих загрузку и число фактических рабочих мест в пределах групп оборудования на г-м участке; X, - множество параметров, характеризующих управляющие воздействия, приводящие фактическое выполнение КПГ в соответствие расчетному на г-м участке с учетом загрузки рабочих мест в пределах групп оборудования.
Функция оператора К2, по всем подчиненным ему подразделениям, {К2,},, такова: {К2!}у={2и},х
х{Ыц},х{У}х^ъ}^{Хц},, где {^ъ,},= У^ =Lз, -
/
множество управляющих воздействий от управляющей подсистемы с целью приведения в соответствие КПГ работы всех участков, подчиненных
К,; {Му},= УМ.. =Ыу - множество параметров,
/
характеризующих ТП изготовления изделий на всех г-х участках, подчиненных оператору К,; {7,},= =7 - множество параметров, характе-
г
ризующих загрузку и число фактических рабочих мест в пределах групп оборудования на г-х участках, управляемых К,; {Х,}у= У Хц =Х, - множество
г
параметров, характеризующих управляющие воздействия оператора К, по всем участкам технологических подразделений, приводящие фактическое выполнение КПГ в соответствие расчетному с учетом загрузки рабочих мест по всем группам
станков на всех г-х участках; {К2,},= У Я2и =К2,,
/
Кг,=ЫуХ У,х2ух1зу^Ху.
Третья функция операторов, {К,}, связана с предоставлением необходимой информации о ходе выполнения КПГ в систему диспетчирования. Следует оговориться, что эта функция может выполняться как линейными мастерами, так и диспетчерами подсистемы Р (в зависимости от организации системы диспетчирования).
Функция К3у в рамках каждого участка технологических подразделений следующая: кзу : х % () ® Яу (0, где у) - множество параметров, описывающих фактическое число рабочих мест и выполнения КПГ на г-м участке по выпуску изделий, управляемом оператором К,; ()
- то же самое, но в принятой в подсистеме (операторе) Р форме, индекс / в скобках обеих величин означает, что данные вводятся в строго оговоренные временные интервалы.
Комплекс третьих функций оператора К, по всем подчиненным ему участкам (элементам) технологических подразделений будет выглядеть как
}у = иЯзу = Язу : ^ >ф,}у () ® {ъ}У (), где
I
} (0 = У qу (0 = qу (¿) - множество парамет-
/
ров, описывающих фактическое число рабочих мест и выполнение КПГ на г-х участках, управляемых оператором К,; {д}Р (t) = У д£ () = д^ (t)
/
- то же самое, но в принятой в подсистеме дис-петчирования форме.
Рассмотрим функции подсистем АСУ ТП, показанные на рисунке.
Функции подсистемы диспетчирования Р следующие. Первая из них, Ру, связана с оценкой вы-
САПР ТП
Структурная схема АСУ ТП
полнения КПГ по всем участкам технологических подразделений в целом: Рг: Z2x{{qi}F}j(t)^ДZ2(t), где Z2 - множество параметров, характеризующих плановый КПГ и плановое число рабочих мест по технологическим подразделениям в целом в форме, необходимой для подсистем Р, {^,}р}/(0= =0^(0; ЛZ2 - множество параметров, характеризующих отклонения КПГ и числа рабочих мест от планового по всем участкам технологических подразделений.
Вторая функция предназначена для передачи аналогичной информации в подсистему (с начальным производством) в удобном для пользователя виде: Р2 :22 х (¿р () ® Мс2 (), где А22с - множество параметров, характеризующих отклонения от КПГ и числа рабочих мест от планового по всем участкам технологических подразделений.
Функции подсистемы В следующие. Первые две из них связаны с разработкой множеств параметров, характеризующих КПГ для операторов {Я,} и Р: В^ЕШ^^; B2:ExM2xL2^Z2, где Е -множество параметров, характеризующих номенклатуру изготовляемых изделий с указанием календарных сроков их изготовления (объемные
планы); М2 - множество параметров, характеризующих маршруты изготовления изделий с указанием времени их выполнения (штучно-калькуляционное время, заключительное время и пр., сведения по используемому в операции инструменту), передаваемые от САПР ТП; L2 - множество параметров, определяющих уточнения и корректировки для оператора В, указания о необходимости или отказе от пересчета календарных планов, их утверждение, предельные календарные сроки в КПГ по изделиям, плановая численность рабочих мест.
Функция В3 определяет отличие расчетного КПГ от задаваемого множеством параметров L2: B3:ExM2xL2xДZ2(t)^ДL2, где ЛZ2 - множество параметров, характеризующих отклонения по срокам выполнения расчетного КПГ от задаваемых в множестве L2.
Функция В4 определяет фактическую загрузку оборудования по типам и группам оборудования участков: B4:EsxM2xL2xДZ2(t)^T, где Т - множество параметров, определяющих фактическую загрузку оборудования по группам на момент t (то есть с помощью учета фактической численности рабочих, прохождения деталей по станкам и т.д.).
Функции оператора О (подсистема объемного планирования) следующие. Функция Оу определяет исходные параметры для расчета КПГ: О у. L1xЫ3.^■E, где L1 - множество параметров, определяющих перечень изделий, изготавливаемых за определенный календарный период (задаваемый объемный план), плановую численность рабочих мест; Ыз - множество параметров, определяющих трудоемкость изделий по видам работ.
Функция О2 определяет расчетные отклонения от задаваемого объемного плана: О2: L1x(L1xЫ2)^• ДL1, где ЛЬу - множество параметров, характеризующих отличие расчетного объемного плана от задаваемого.
Подсистема управления (С) реализует следующие функции. Первая из них определяет объем задания для подсистемы О (объемный план) и может быть реализована в следующих вариантах: С]: D^L1, где D - множество параметров, определяющих перечень и календарные сроки выпуска изделий. Данная подфункция реализуется при первоначальном формировании плана объемного выпуска изделий (по номенклатуре).
Вторая подфункция, С\ : DxДL1^•Lь используется при итерационных процедурах уточнения рассчитанного плана объемного выпуска изделий.
Третья подфункция, С : DxДL2^•Lь используется при уточнении плана объемного планирования путем итерации на основе анализа сформированного КПГ.
Четвертая подфункция реализуется при уточнении объемного плана на основе оценки выполнения КПГ на рабочих местах технологических подразделений: С1: Бх Ь2сг (V) ® Ц .
Вторая функция определяет управляющие воздействия на подсистему В и имеет несколько подфункций.
Первая из них, С]: D^L2, определяет конечные календарные сроки L1 выпуска определенных изделий и другие ограничения по разрабатываемому КПГ.
Вторая подсистема реализуется при уточнении сформированного КПГ на основе анализа его отличий Л^ от указания L2 путем итерационных процедур: С22: DxДL2^L2.
Третья подфункция определяет управляющее воздействие L2 на основе анализа реализации КПГ в технологических подразделениях: С^ : D х хдг 2с (?) ® ь2.
Третья функция осуществляет обратную связь с системой управления организацией более высокого уровня.
Первая подфункция имеет вид С]: ДL1^ДD, где ЛD - множество параметров, описывающих
отклонения от планового задания D по срокам и номенклатуре изделий на основе анализа сформулированного объемного плана.
Вторая подфункция определяет возможные отклонения ЛD на основе анализа сформированного КПГ: С32: DxДL2^ЛD.
Третьей подсистемой определяются возможные отклонения ЛD на основе анализа результатов работы технологических подразделений: С33: Dx
xД2c(t)^ЛD.
Четвертая подфункция служит для прямого управления работой операторов {К,} с целью приведения КПГ в соответствие расчетному и охватывает организационную сторону управления: С1 : Б х г2С (?) х КЬ2 х Б ® Ь3; L3={L3j}.
Таким образом, в АСУ ТП реализованы три вида обратных связей: по объемному плану, КПГ и результатам диспетчирования ТП. Кроме того, в составе интегрированной САПР ТП-АСУ ТП последняя подсистема имеет обратную связь с САПР ТП и осуществляет общую обратную связь (ЛD) с системой управления организацией. Наличие таких связей является достаточным для управления всеми подсистемами АСУ ТП и интегрированной системой в целом, учитывая степень формализации проектных процедур и процедур оценки решений. По мере накопления практического опыта обратные связи внутри АСУ ТП могут быть перераспределены: часть связей Л^ (от подсистемы КПГ к подсистеме С) может быть замкнута на подсистему О, а некоторые параметры связи Ы 2 () могут передаваться в подсистемы В и О.
Результаты исследования позволили разграничить функции подсистем, оптимизировать информационные потоки и разработать формальные алгоритмы процедур на основе нечеткой логики. Предложенная методика и разработанные программные средства, зарегистрированные в Роспатенте РФ в реестре программ для ЭВМ (авторы: Бурдо Г.Б., Палюх Б.В., Баженов А.Н.), реализуются на одном из предприятий г. Твери, изготавливающем геофизические приборы малыми партиями [3, 4].
Литература
1. Вумек Джеймс П., Джонс Даниел Т. Бережливое производство. Как избавиться от потерь и добиться процветания вашей компании. М.: Альпина Бизнес Букс, 2008. 716 с.
2. Бурдо Г.Б. Принципы построения автоматизированной системы управления технологическими процессами в многономенклатурных производствах // Вестн. Саратов. гос. тех. унта. 2010. № 3 (48). С. 113-118.
3. Бурдо Г.Б. Интеллектуальная система управления технологическими процессами в многономенклатурном машиностроительном производстве // Проблемы информатики. 2011. № 1 (9). С. 51-55.
4. Бурдо Г.Б. Оперативное планирование на основе приоритетных схем в производственных системах геофизического приборостроения // Каротажник. 2011. № 6 (204). С. 92-100.
