CC BY
65
УДК 672.81.05:303.094.7
ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ВЫПУСКОМ ПРОДУКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ*
В.А. Немтинов, Ю.В. Немтинова, Д.С. Русских
Кафедра «Автоматизированное проектирование технологического оборудования», ГОУ ВПО «ТГТУ»
Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым
Ключевые слова и фразы: моделирование дискретных динамических систем; промышленное производство; система 81МИЬ8.
Аннотация: Рассмотрен подход, позволяющий с помощью системы имитационного моделирования дискретных динамических процессов 81МИЬ8 организовать оперативное управление процессом получения целевой продукции на примере многоассортиментного химического производства.
В настоящее время многие промышленные производства представляет собой сложные динамические системы, характеризующиеся высоким уровнем неопределенности исходной информации и сложностью их поведения. Для решения многих проблем, связанных с управлением такими системами можно использовать компьютерное моделирование, применяя методологию системного анализа, центральной процедурой которого является построение обобщенной модели, отражающей все факторы реальной системы. При этом в качестве методологии исследования выступает вычислительный эксперимент.
Компьютерное моделирование значительно расширяет возможности и эффективность работы лиц, принимающих решения (ЛПР), предоставляя им удобный инструмент и средства для достижения поставленных целей. Оно реализует итерационный характер разработки модели системы, поэтапный характер детализации моделируемых подсистем, что позволяет постепенно увеличивать полноту оценки принимаемых решений по мере выявления новых проблем и получения новой информации. Компьютерная имитационная модель не дает оптимального решения подобно классическому решению задач оптимизации, но она является удобным для системного аналитика вспомогательным средством для поиска решения определенной проблемы. Область применения имитационных моделей практически не ограничена: это могут быть задачи исследования структур сложных систем и их динамики, анализа узких мест, прогнозирования и планирования и т.д. Главным преимуществом имитационного моделирования является то, что эксперт может ответить на вопрос: «Что будет, если...», то есть с помощью эксперимента на модели определить стратегию развития.
Современные тенденции в области имитационного моделирования связаны с развитием проблемно-ориентированных систем, созданием встроенных средств
*
Принято к печати 16.11.2006 г.
для интеграции моделей в единый модельный комплекс; технологический уровень современных систем моделирования характеризуется большим выбором базовых концепций формализации и структуризации моделируемых систем, развитыми графическими интерфейсами и анимационным выводом результатов. Имитационные системы имеют средства для передачи информации из баз данных и других систем или имеют доступ к процедурным языкам, что позволяет легко выполнять вычисления, связанные с планированием факторных экспериментов, автоматизированной оптимизацией и др.
Анализ рынка информационных технологий позволяет выявить следующие основные тенденции в области современных систем моделирования. В качестве доминирующих базовых концепций формализации и структуризации в современных системах моделирования используются:
- для дискретного моделирования - системы, основанные на описании процессов (process description) или на сетевых концептах (network paradigms) -SIMUL8, Extend, Arena, ProModel, Witness, Taylor, Gpss/H-Proof и др.;
- для систем, ориентированных на непрерывное моделирование - модели и методы системной динамики (Powersim, Vensim, Dynamo, Stella, Ithink и др.).
Большинство систем моделирования имеют удобный, легко интерпретируемый графический интерфейс, системные потоковые диаграммы или блок-схемы реализуются на идеографическом уровне, то есть рисуются, параметры моделей определяются через подменю. Сохраняются элементы программирования (на языках общего назначения или объектно-ориентированных) для отдельных элементов модели или создания специализированных блоков, подготовленных пользователем.
Универсальным средством имитации дискретных процессов является система SIMUL8 [1] корпорации Visual Thinking International (США)1.
Рассмотрим возможности применения этой системы для оперативного управления выпуском целевой продукции многоассортиментного химического производства (МХП). Основными данными для построения модели являются календарный график выпуска продуктов и нормы технологического режима процесса производства дисперсного темно-синего «З» полиэфирного основания и дисперсного желто-коричневого «2Ж» полиэфирного основания, выпускаемых в ОАО «Пигмент».
Общий вид модели (рис. 1) представляет собой технологическую схему производства дисперсных оснований.
Емкостные аппараты, насосы, фильтр-прессы, конвейеры в модели представлены виде рабочих центров (Work Center). Мерники, загрузочные бункеры, дозаторы представлены в виде рабочей вводной точки (Work Entry Point). Марны, в которые выгружают готовый продукт, представлены в виде рабочей выходной точки (Work Exit Рoint). В соответствии с регламентом все оборудование соединено между собой связями (Route Arrows).
Все оборудование представлено в виде объектов моделирования, каждый из которых имеет свои определенные свойства. В процессе создания динамической модели была сформирована база объектов, фрагмент которой представлен на рис. 2. Графическое изображение объектов модели создается с помощью встроенного редактора, вид рабочего окна которого показан на рис. 3. Образы аппаратов представляют собой точечный рисунок формата *.bmp.
1 Корпорация 81МЦЪ8 в рамках договора о сотрудничестве передала ТГТУ лицензию на использование системы для учебных целей.
374 ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2007. Том 13. № 2А. Transactions TSTU
Рис. 1. Графическое представление модели технологической схемы МХП в среде системы 81МиЬ8
Мерник
Реактор вертикальный цилиндрический с рубашкой
Реактор
вертикальный
цилиндрический
Емкость
горизонтальная
цилиндрическая
Фильтр-пресс камерный, горизонтальный с
гидравлическим
Насос
центробежный
Транспортер
ленточный
Гидрозатвор
вертикальный
цилиндрический
а
D
Окно свойств объекта
Рис. 2. Фрагмент базы объектов, используемых при создании динамической модели выпуска продукции
Информация об объекте в модели задается в соответствующем окне свойств: название объекта, время его работы численно, либо программно с помощью встроенного языка программирования Visual Basic Application (VBA) (рис. 4). Для просмотра временной наработки аппарата за прошедший период используется меню «Results» (рис. 5). В этом окне также можно определить коэффициент эффективности работы аппарата. Результаты работы объекта можно представить в виде диаграммы, на которой изображены доли общего времени работы аппарата за весь период времени моделирования, и в виде временного графика его работы, по которому также можно определить коэффициент эффективности его работы.
Для оценки эффективности работы объекта необходимо использовать меню «Efficiency» и в появившемся окне задать эффективность работы аппарата (0... 100 %), время между плановыми ремонтами оборудования (Time between Breakdowns), время ремонта аппарата (Time to Repair). Внизу окна есть кнопки
Рис. Э. Рабочее окно встроенного редактора изображений объектов модели
I i?T
Рис. 4. Информация о реакторе R3001A
встроенного языка программирования: «On Break Down» и «On End Repair», которые позволяют запрограммировать поведение системы при поломке объекта и при окончании его ремонта. Можно запрограммировать перенос партии продукта на резервный аппарат при поломке основного аппарата. При помощи встроенного языка программирования VBA можно программировать поведение системы при
Рис. 5. Результаты работы аппарата R3003
возникновении внештатных ситуаций. Для связи объектов друг с другом используются кнопки «Routing In» и «Out». Каждый объект имеет три вида изображения (рисунка), характеризующие рабочее состояние, ожидание работы и заблокированное состояние (ремонт).
Трубопроводы, направления потоков, обозначения продуктов и т.д. изображаются с помощью графической панели системы.
Для ввода данных по обслуживающему персоналу необходимо нажать кнопку «Resources» в окне свойств объекта. Можно выбрать вид обслуживающего персонала, минимальное и максимальное его количество.
Для просмотра результата работы всей схемы используется меню «Results» окна свойств объекта «End Point». В окне результатов работы схемы в целом отображаются минимальное, максимальное и среднее время, за которое может быть выполнено производственное задание, и количество партий продукта, выпущенное за время моделирования.
Заключение
На примере двух продуктов: дисперсного темно-синего «З» полиэфирного основания и дисперсного желто-коричневого «2Ж» полиэфирного основания с помощью системы SIMUL8 была создана модель их выпуска по данным календарного графика выпуска этих продуктов и производственного технологического регламента. С помощью разработанной модели ЛПР может прогнозировать различные ситуации и своевременно принимать меры с целью эффективного использования технологического оборудования.
Работа выполнена по программе гранта РФФИ № 06—08—96352— р_центр_а «Разработка теории и методов интеллектуального автоматизированного проектирования производств химического и машиностроительного профиля (разработка новых и перепрофилирование действующих производств)».
Список литературы
1. SIMUL8. Animate Your Business. Simulation Software. - SIMUL8 Corporation. - 2002. - 362 p.
Administrating Control over Production Output Using the System of Modeling Dynamic Processes
V.A. Nemtinov, Yu.V. Nemtinova, D.S. Russkikh
Department «AutomatedDesigning of Production Equipment», TSTU
Key words and phrases: industrial production; modeling of discrete dynamic systems; SIMUL8 system.
Abstract: The approach enabling to organize administrating control over the process of manufacturing target products with the help of the system of imitation modeling of discrete dynamic processes on the example of multi-assortment chemical production is considered.
Operative Steuerung des ProduktionsausstoBes mit der Nutzung des Systems der Modellierung der dynamischen Prozesse
Zusammenfasung: Es ist das Herangehen, das mit Hilfe des Systems der Imitationmodellierung der diskreten dynamischen Prozesse SIMUL8 die operative Steuerung vom Prozess die Erhalten der zweckbestimmten Produktion auf dem Beispiel der vielsortimenten chemischen Produktion zu organisieren zulaflt, untersucht.
Direction operative de la production avec l’utilisation du systeme du modelage des processus dynamiques
Resume: Est examinee l’approche permettant d’organiser la direction operative de la production ciblee a l’aide du systeme du modelage de simulation des processus dynamiques discrets SIMUL8 a l’exemple de l’industrie chimique d’une large gamme de produits.
