CC BY
38
Раздел 1
ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ И НЕЧЕТКИЕ СИСТЕМЫ
УДК 007:681.51
В.В. Емельянов, Д.С. Попов
ЭС ПЛАНИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ЕЕ РЕАЛИЗАЦИЯ НА ЯЗЫКЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО РДО-ИМИТАТОРА
Рассматриваемая ниже ЭС предназначена для повышения эффективности и ускорения работы планового отдела позаказного производства, ориентированного на работу на быстро меняющемся рынке. При формировании портфеля заказов плановый отдел сможет воспользоваться знаниями специалиста, заложенными в ЭС и избежать длительной процедуры согласований со специалистами на производстве. Такая ЭС должна иметь возможность моделировать как процессы произ-, , ее состав ввести имитационную модель (ИМ) [1,2]. При этом желательно использовать для создания и совместной работы ЭС и ИМ единую программно. - , -ботанный на кафедре «Компьютерные системы автоматизации производства» МГТУ им. Н.Э. Баумана. В его основе лежит РДО-метод представления знаний о дискретных системах и процессах. Для описания функционирования сложных систем в РДО используются модифицированные продукционные правила, которые также позволяют описывать знания, используемые при моделировании принятия решения человеком [3,4].
В статье рассматривается построение ЭС для планирования производства изготовления шоколадной глазури.
Производственный процесс реализуется на структуре, состоящей из:
♦ офиса, где осуществляется прием заказов, планирование и диспетчирование
, , , организационных решений, разработка новых рецептур;
♦ производственного цеха по выпуску глазури.
Внешние заказы на продукцию в плановом отделе разбиваются или наоборот группируются во внутренние заказы, называемые партиями. Партия однозначно определяется своим номером. Все планирование и учет, а также контроль качества продукции идет по партиям. Плановый отдел осуществляет прием заказов и формирование портфеля заказов на месяц, в который входит информация о марке (ре), . , -, .
, -, - .
В состав каждой рецептуры обязательно входят жиры, сыпучие ингредиенты (сжар, какао-порошок, сухое молоко), дополнительные ингредиенты (ароматизи-
рующие вещества, стабилизаторы и т.д.). В рецептуре жир составляет приблизительно 35%, какао-порошок 20%, а сахарный песок 45%. Дополнительные ингредиенты занимают приблизительно 1%. На производстве поддерживается выпуск 40 .
составом и технологией изготовления.
Цех по производству глазури имеет в своем составе подготовительное отделение (состоящее из отделения роспуска жира, отделения просеивания сахарного
- ), , -ратуры готовой продукции, отделение расфасовки.
Производство шоколадной глазури можно, условно, разделить на три этапа:
♦ Подготовка ингредиентов.
Жировые ингредиенты должны быть растоплены до жидкого состояния. Оборудование, на котором происходит растопка жира, называется жиротопками. В цехе имеются четыре жиротопки, емкости которых равны 2000, 500, 250, 250 кг, соответственно. Производительность каждой жиротопки — 250 кг/час. Сыпучие ингредиенты должны быть просеяны на специальном оборудовании, называемом просеивателем. В состав подготовительного отделения входят два просеивателя,
800 / .
1 4 .
♦
.
После подготовки всех необходимых ингредиентов, согласно рецептуре, они поступают на линию выпуска глазури, состоящей из измельчительного оборудования и промежуточных танков-накопителей, предназначенных для накопления полуфабриката и последующей передачи ее на оборудование, согласно технологии. Имеется две единицы измельчительного оборудования, различающихся емкостями и временами работы. Условно назовем их "Оборудование-1" и "Оборудование-2". Данный этап производства имеет длительность от 8 до 12 часов.
♦ Выравнивание температуры глазури перед формообразованием.
На производстве имеются два агрегата для выравнивания температуры глазури: темперирующая машина и охладитель. Выбор того или другого агрегата зависит от технологии изготовления и влияет на вкусовые качества глазури. После завершения технологического процесса, готовая глазурь разливается в формы, охлаждается и упаковывается. Данный этап производства занимает от 1 до 2 часов.
ИМ и ЭС строятся на базе модифицированных продукционных правил вида
[3,4]:
Если < условие > то <Событие\ >,
ждать А/ = <р(/,состояние системы), то <Событие2 > Каждое событие может включать в себя несколько действий по изменению состояния моделируемых процессов, объектов, системы. Описание моделируемого объекта на языке интеллектуального РДО-имитатора осуществляется в следующей :
1. , .
2.
начальные значения параметров ресурсов.
3. , .
4.
изменения состояния ресурсов при выполнении операций.
5. Определяются показатели функционирования, которые необходимо собрать при моделировании, содержание файла трассировки ресурсов и состояния сис-.
Модель на языке РДО состоит из нескольких файлов следующего вида:
1. Файл описания типов ресурсов (с расширением RTP):
$Resource_type <Имя типа ресурса> : <тип ресурса>
<Описание параметра типа ресурса>
<Описание параметра типа ресурса>
$End
Здесь <тип ресурса> - ключевое слово, определяющее постоянный ресурс (permanent) или временный (temporary), соответственно.
, :
$Resource_type : permanent
$Parameters
: integer
Состояние : (Свободен,Просеивает) = Свободен
Номер_Заказа : integer [0..250] = 0
Сеем_Что : (Сахар,Какао_Порошок,СОбМ,Нет)
: real
Время_Начала : real = 0.0
Время_Работы : real = 0.0
$End
1. Файл описания ресурсов (с расширением RSS):
$Resources
< > :< > < >
$End
, : РПросеиватель1 : ТПросеиватель 1 * * Нет 800.0 * *
РПросеиватель2 : ТПросеиватель 2 * * Нет 800.0 * *
Количество ресурсов меняется в зависимости от изменения портфеля заказов.
2. Файл описания операций (с расширением OPR).
$Operations
< >: < > < > <Параметр образца операции> .. ,.<Параметр образца операции>
$End
, : ОПросев1 : Просев Сахар
2 : _
ОПросевЗ : Просев СобМ
В данной модели используются 84 операции, отвечающие как за моделирова-, .
3. Файл описания образцов операций (с расширением PAT).
В образцах операций указывается условие выполнение операции, как требуемое состояние параметров ресурсов, участвующих в операции, или системы, а также описание изменений параметров ресурсов в момент начала и конца опера, :
$Pattern Просев : operation
$Parameters
Название : such_as ТСыпучий_Ингредиент.Н^вание $Relevant_resources Рел_Система : ТСистема NoChange NoChange
Рел_Просеиватель : ТПросеиватель Keep Keep Рел_СИ : ТСыпучий_Ингредиент Keep Keep
_ : Keep Keep
$Time=Peл_CИ.Oбъeм/Peл_Пpoceивaтeль. Производительности кг/час}
$Body
Рел_Система
Choice from Pел_Система. Режим = Прогон first
Рел_Просеиватель
Choice from Рел_Просеиватель.Состояние = Свободен ш'^_т/'п(Рел_Просеиватель.Время_Работы)
Convertbegin
set
_ set _ .
_ set _ .
Время_Начала set Timenow Convert_end
Состояние set Свободен
Время_Работы set Рел_Просеиватель.Время_Работы + Timenow -Рел_Просеиватель. Время_Начала _
Choice from Рел_СИ.Состояние = Не_Готов and Рел_СИ.Н^вание = Название with_min(Peл_CИ. Номер)
Convertbegin
set .
set .
set .
set
Convert_end
set
_ set _ .
_ set _ ( _ . )
_ set _ . / _ . * -
но(1/6,1/4){равномерно 10-15 минут}
_
Choice from _ . = and
Рел_Бункер.Состояние = Свободен
first
Convert_begin
set
_ set _ .
set
Convert_end
set _ .
_ set _ .
set
$End
Для выполнения данной операции используются ресурсы типа: ТСистема, ТПро-, _ . зависит от состояния ресурсов системы указанных типов и определено в секции Choice from для каждого типа ресурса. В секциях Convert_begin и Convert_end описаны правила изменения состояния параметров ресурсов в начале и в конце операции соответственно. В данной модели использованы 34 образца операций.
- , -, -ширением FUN. Также можно определить собираемые показатели в файле с расширением PMD и кадры системы анимации в файле с расширением FRM.
В модели операции и образцы операций можно условно поделить на две группы:
А. Операции и образцы операций, отвечающие за моделирование функциони-: , , -тов на измельчительное оборудование, и т.д. (27 образцов).
Б. Операции и образцы операций, отвечающие за моделирование принятие (7 ).
Для обеспечения взаимодействия между этими двумя группами операций был введен специальный тип ресурса ТСистема с одним параметром Режим. Ресурс данного типа участвует во всех операциях и, если операция отвечает за моделирование функционированием, то значение параметра Режим должно быть «Прогон», а если за моделирование принятия решения человеком, то «Эксперт» (рис.1).
Портфель заказов, как вход системы, содержит список заказов на месяц. Данный список поступает на вход экспертной части. Заказы разбиваются или группируются в производственные партии, одно-плап график значно определяющиеся идентификационным номером. Каждой партии присваивается приоритет, характеризующий значимость партии по соображениям пользователя. Показателем эффективности работы цеха является загрузка измельчи-тельного оборудования и, как следствие, объем выпуска готовой продукции. Так как в цеху находятся два оборудования по перемолу ингредиентов до требуемой дисперсности, а подготовительное отделение одно, то если подготовительное отделение готовит ингредиенты для первого измельчительного оборудования, то второе простаивает и наоборот. Поэтому цель ЭС упорядочить последовательность запуска партий шоколадной глазури, минимизируя при этом простой измельчи.
в режим «Прогон» и моделирует прохождение этих партий по технологическому .
В некоторых ситуациях, когда требуется вмешательство в функционирование
, « », « », « » -ния моделирования изготовления оставшейся части партий запуска. На выходе системы, после отработки всего портфеля заказов, выдается план-график, характе-
Рис.1. Структура модели
ризующийся последовательностью партий запуска, при которой загрузка оборудования рациональна. Также на выходе системы определяются основные показатели , -ство используемых ингредиентов. Система снабжена детальными кадрами анима-, -.
Управление последовательностью запусков партий в производство осуществ-- . , желательно изготовить в указанный промежуток времени. Таким образом, его за-
- . следующими стратегиями:
♦ FIFO(First In First Out) - больший приоритет имеет заказ, номер которого в портфеле заказов меньше.
♦ LIFO (Last In First Out) - больший приоритет имеет заказ, номер которого в портфеле заказов больше.
♦ DDate (Due Date) - больший приоритет имеет заказ, желаемый срок изготовления которого меньше.
♦ SPT (Short Processing Time) - больший приоритет имеет заказ, время изготовления которого на измельчительном оборудовании меньше.
♦ PQ (Parts Quantity) - больший приоритет имеет заказ, количество партий запуска которого больше.
♦ Ran (Random) - приоритеты выставляются в случайном порядке.
На эффективность производства оказывает незначительное воздействие стратегия расстановки приоритетов, с точки зрения загрузки измельчительного обору.
Использованное инструментальное средство РДО-имитатор показал гибкость и удобство в описании моделируемой системы, широкие возможности по отладке модели и сбору различных показателей функционирования. Модель функционирования производства по изготовлению шоколадной глазури, по сути, содержит в себе знания экспертов о функционировании производства и его свойствах, знания, направленные на увеличения основного показателя - загрузку измельчительного , . языка интеллектуального РДО-имитатора позволила сочетать в данной системе экспертные знания по функционированию производства, экспертные знания по планированию партий запуска, входящих в портфель заказов, блок расчета крите.
Простота представления знаний на языке интеллектуального РДО-имитатора позволила разработчикам сосредоточиться на предметной области, а не на про.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мес ар ович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. -М.: Мир, 1973. -344с.
2. Статические и динамические экспертные системы/Э.В.Попов, И.Б.Фоминых, Е.Б.Кисель, М.Д.Шапот. -М.: Финансы и статистика, 1996. -320с.
3. A.Artiba, Emelyanov V.V., S.I.Iassinovski Introduction to Intelligent Simulation // The RAO language Kluiwer Academic Publishers, Boston/Dord-recht/London. - 1998. - C.517.
4. . ., . . -
рование сложных дискретных систем и процессов. Язык РДО. - М.: АНВИК, 1998. -427 .
