CC BY
24
3. Патент № 91746 на полезную модель. Российская Федерация, МПК F15B21/08. Автоматический шаговый линейный электрогидравлический привод [Текст] / В.Н. Бондаренко, E.H. Сюсюка, В.Г. Рубанов, В.Г. Михайлов; заявитель и патентооблада-
тель - БГТУ им. В.Г. Шухова,- № 2009139498/22; заявл. 26.10.2009; опубл. 27.02.2010, Бюл. № 6.-1с.: ил.
4. Электронный ресурс mosintrast.ni Московской международной корпорации "Мосинтраст".
УДК 004.891.2
Д.И. Загороднев, Л.А.Санакулова, Л Л. Симонова
ОПТИМИЗАЦИЯ МАТЕРИАЛЬНЫХ ПОТОКОВ В РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ НА ОСНОВЕ ЭВРИСТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ
Для многих машиностроительных предприятий с системой распределенного производства и с большим парком автомашин, таких, как ОАО "КАМАЗ", управление материальными потоками — проблемный вопрос в связи с тем, что возникает задача о наиболее рациональном маршруте и своевременной доставке груза по пунктам; ее решение позволяет существенно экономить на затратах, возникающих в связи с развозкой. Это особенно актуально из-за тенденции роста цен на топливо.
Из-за отсутствия автоматизированной диспетчеризации движения нарушается согласованная работа производств, входящих в предприятие, что в свою очередь ведет к значительным потерям времени, неэффективному использованию имеющихся ресурсов и увеличению общих издержек. Отсутствие электронного документооборота не позволяет проследить последовательность и местонахождение изделий приближенно к реальному времени.
Широкое внедрение систем управления материальными потоками в машиностроительном производстве обусловлено большими потенциальными возможностями повышения эффективности таких процессов, как управление транспортом, складским хозяйством, системой закупок сырья и системой сбыта продукции, запасами, и т. д. При этом есть стремление обеспечить сквозное управление материальными потоками в соответствии с С/\ -те х 11 ол о г и с й.
Основная задача совершенствования системы управления материальными потоками
заключается в повышении эфективности работы при сохранении установленных параметров качества процесса. Задача может стать очень трудоемкой, если налагать всевозможные условия (время заказа, объем заказа, время и приоритет доставки и т.д). При расчетах вручную приходится составлять графики развоза товаров и маршрутов объезда клиентской сети, компоновать разный по весу, форме и объему товар, рассчитывать поставки заказанного товара или услуги в определенное, установленное клиентами время. Все это довольно сложно. Преимущество решения такой задачи с применением компьютеров — компактность, большая проработка и быстрота решения.
Один из главных путей повышения качества и эффективности работы транспорта сегодня — это рассмотрение вариантов использования транспортного средства (ТС) и маршрутов, из которых по определенным критериям должен выбираться оптимальный. При поиске решения задач управления материальными потоками не существует единого универсального критерия эффективности, и его выбор зависит от конкретных условий перевозок и решаемой задачи. Уменьшение или увеличение значения критерия оптимальности определяется необходимостью выполнения различных требований заказчика, техническими параметрами ТС и т. д. Для оценки и выбора оптимальных решений могут быть применены такие показатели: производительность; общая и чистая прибыль; себестоимость перевозки; общие и приведенные затраты на выполнение перевозок;
своевременность перевозок; сохранность груза;-скорость доставки; трудоемкость перевозки; коэффициент использования транспортного парка за день; производительность человеческого труда; рентабельность; среднее расстояние перевозок и нулевого пробега; потребное количество автомобилей для перевозки; суммарный простой транспорта;суммарная грузоподъемность; порожний пробег; время пребывания транспорта на маршруте и время работы за день.
Автоматизированная система, основываясь на комплексе технологических средств, информационном обеспечении и пакете прикладных программ, должна обеспечивать рационально-максимальную загрузку транспортного средства и повышение эффективности перевозочного процесса за счет рассмотрения большого числа вариантов решения и оптимального его выбора. При наличии в этой системе базы знаний не надо полагаться на интуицию и опыт диспетчера, чтобы принимать решения по выбору наилучшего маршрута и ликвидировать оперативные сбои транспортного процесса.
На рис. 1 изображен общий алгоритм работы такой системы. Введем множество временных слоев Ь = {X I..}/ / ТУХ, где ИЬ — их количество, и множество типов АТС ТТ8= \ TTS\..\ И МТТЗ, где ИТТБ — количество таких типов.
В качестве исходной требуется следующая информация по автомобильному парку:
1) А^ = 1, т) — перечень имен (типов) автомобилей парка;
2)АпЦ— 1, тг) — перечень имен (типов) автомобилей, годных в данный момент к эксплуатации;
Ъ)А Ц= 1, шэ) — перечень имен (типов) автомобилей, находящихся в эксплуатации;
4) Лп;(/ = 1 < /яп) ~~ перечень имен (типов) автомобилей, находящихся сегодня в простое по различным причинам;
5) #„/(/= Ь т) — номинальная грузоподъемность у-го автомобиля;
6) У/Ц — 1, /я) — объем груза, вмещаемого в у-й автомобиль;
7) (7ДУ= 1, т) — расход топливау-го автомобиля;
8) »5^(7 = 1, т) — стоимость топлива для у-го автомобиля;
9) = Ь т) — стоимость эксплуатации (амортизационная), расхода У-го автомобиля на единицу пробега;
10) ЗуС/ == 1, т) — заработная плата водителя /-го автомобиля;
11) Г3/ •(/ = 1, к\у= 1, т) — время (удобство) загрузки /-го типа товара в у-й автомобиль;
12) Гюу(/= Ь &;У= 1, т) — время (удобство) выгрузки /-го типа товара из У-го автомобиля.
Решение задач оптимального управления транспортными средствами по обслуживанию сетей заказчиков требует, чтобы в математическое обеспечение автоматизированной системы входили следующие математические модели, управляющие и функциональные алгоритмы:
1. Математическая модель топологии сети производителей и сети показателей товарной продукции с характеристиками их дорог в виде схемы иерархических матриц. Такая модель позволит автоматически (программным путем) производить поиск оптимальных маршрутов при любых изменениях состава и адресов расположения пунктов назначения.
2. Алгоритмы определения оптимальных маршрутов, в том числе с использованием сочетания типов транспортировки (кольцевых, маятниковых и т. д.) по интегральному критерию.
3. Математическая модель и функциональные алгоритмы выбора типа автомобиля и оптимальной его загрузки, а также оптимального распределения автомобилей по маршрутам.
4. Алгоритмы расчета времени доставки, простоев, пробегов и т. д. по всем маршрутам и для всех автомобилей.
5. Алгоритмы оперативной корректировки запланированных маршрутов при возникновении внештатных ситуаций.
6. Математическая модель и функциональные алгоритмы формирования расписания загрузки транспортных единиц, а также диспетчеризации транспортных потоков.
7. Методы и алгоритмы автоматического контроля за процессом загрузки, доставки и выгрузки грузов. Мониторинг выполнения плана на основе информации, полученной по системе методов слежения.
8. Математическая модель и функциональные алгоритмы формирования всех протоколов электронного документооборота, включая формирование электронных путевых листов, передачу транспортных накладных по корпоративной сети и т. д. Объединение всех моделей, управляющих функциональных алгоритмов в единую систему требует создания функциональной, организационной и информационной структуры математического обеспечения автоматизированной системы.
Рис. 1. Общий алгоритм работы автоматизированной системы
В зависимости от вида решаемой задачи выбирается конкретный критерий оптимальности с функцией независимых параметров (исходных данных) задачи Т7 = х2, х3.....х„), для которого стремятся найти наилучшее значение (например, минимальный пробег ТС).
Процесс выбора оптимальных потоков — сложная задача, так как велико число альтернатив и нельзя учесть все возникающие факторы на определенном этапе, что требует применения более гибких алгоритмов, таких, как эвристические. Применение подобных алгоритмов, использующих
Рис. 3. Построение маршрутов с учетом наличия автомобилей и загрузки
Рис. 4. Построение маршрутов при изменении условий
знания экспертов, — мощное средство для нахождения оптимального пути из всех возможных. А модульный принцип в построении системы позволяет создать банк типовых технологических и организационных решений. В этом случае решение задачи оптимизации транспортных потоков требует от автоматизированной системы выработки альтернативных вариантов распределения и загрузок автомобилей, маршрутов и выбора оптимального из них. Кроме того, сложность усугубляется тем, что для поиска и решения логистической задачи оптимизации материальных потоков сегодня не существует комплексного критерия. Разрабатываемые теоретические основы и методики для автоматизированной системы мониторинга и управления маршрутами транспортных средств предприятия, основываясь на комплексе технологических средств, информационном обеспечении и пакете прикладных программ, должны обеспечить повышение эффективности процесса перевозок. Такая система позволит, не полагаясь на интуицию и опыт диспетчера при принятии решения, обеспечить общую эффективность управления. В связи с этим разработанная автоматизированная информационная система основывается на эвристических алгоритмах.
Для нахождения оптимального маршрута между двумя точками дорожной сети был выбран "жадный" алгоритм, который также называют алгоритмом Дейкстры. Алгоритм Дейкстры строит кратчайшие пути, ведущие из исходной вершины графа к остальным его вершинам (если таковые имеются) [ 2].
В качестве основного алгоритма для решения задачи маршрутизации был взят алгоритм Кларка—Райта. Его суть заключается в том, чтобы, отталкиваясь от исходной схемы развозки с маятниковыми маршрутами, по шагам перейти к оптимальной схеме развозки с кольцевыми маршрутами. Данные о расстояниях между отдельными пунктами берутся из расчетов по алгоритму Дейкстры.
К недостаткам данного алгоритма можно отнести его недоработку с точки зрения загрузки автотранспорта. В обычном алгоритме Кларка—Райта при расчете загрузки рассматривается лишь суммарный вес грузов и грузоподъемность машин.
Вместимость, а также другие возникающие критерии при загрузке машин, алгоритмом не учитываются. В связи с этим в модифицированном алгоритме Кларка—Райта (рис. 2) был доработан блок загрузки автотранспорта, в основе которого лежат фреймовые модели.
При поиске оптимальных маршрутов возникает необходимость оценки автотранспорта в разных дорожных условиях. Кроме стандартных показателей (скорость, грузоподъемность, вместимость, расход топлива), нужно учитывать и качество автомобильных дорог, которое влияет на указанные показатели.
Для выбора оптимального автомобиля в разных ситуациях осуществляется ранжирование автомобилей на основе расчета целевой функции.
Кроме того, модифицированный алгоритм Кларка—Райта делает приоритетным использование имеющихся в автомобильном парке машин. Таким образом, маршрут по мере заполнения его пунктами ориентируется на автомобили. Если же точки посещения остаются не обслуженными, а все автомобили находятся в эксплуатации, то осуществляется выбор машины у предоставляющих услуги экспедиторских компаний.
В результате реализации данных алгоритмов был получен программный продукт, в котором в зависимости от наличия машин программа осуществляет выбор транспортного средства, составляет оптимальный маршрут следования и рассчитывает загрузку автомобиля в необходимой последовательности (рис. 3).
При изменении условий, например наличия автомобилей в транспортном парке, маршруты могут корректироваться в режиме реального вре-мени( рис. 4).
Таким образом, разработанная автоматизированная система позволяет:
формировать краткосрочные, долгосрочные маршруты движения для каждой транспортной единицы;
осуществлять мониторинг выполнения плана на основе информации из выбранной системы сопровождения груза;
оперативно осуществлять корректировку запланированных маршрутов при внештатных ситуациях;
вести учет планово-предупредительного ремонта транспортных средств;
формировать электронные путевые листы; передавать транспортные накладные по корпоративной сети;
использовать САЦЗ-технологии при сопровождении изделия на протяжении этапов жизненного цикла внутри предприятия;
осуществлять автоматический контроль за процессом отгрузки-загрузки и доставки грузов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Волков, И.К. Исследование операций: Учебник для вузов [Текст] / И.К. Волков, Е.А. Загоруйко; Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко,— 2-е изд.— М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002,- 435 с.
2. Markus Junsson F. Поиск оптимального пути для транспортных средств на оцифрованых картах
Jönsson;
пер. с англ. С.Ю. Анисимов,— 1998.
УДК621.867.1 7
В.Н.Смирнов, A.A. Баженов, Т.В.Сапунова
РАСЧЕТ ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИИ В СЫПУЧЕМ ГРУЗЕ НА РАБОЧЕМ ПОЛОТНЕ КРУТОНАКЛОННОГО КОНВЕЙЕРА С ПЕРЕГОРОДКАМИ
При расчете машин непрерывного транспорта задача определения поля напряжений в сыпучем грузе — одна из важнейших. Существующие методы расчета носят чисто эмпирический характер или базируются на гипотезе сыпучего тела, в основу которой положены уравнения равновесия и движения абсолютно жесткого тела. Это приводит к необходимости введения в методику расчета экспериментальных коэффициентов (коэффициенты подвижности и бокового давления, гидравлический радиус и т. д.) и ограничивает область использования предлагаемых методов.
При рассмотрении задач механики сыпучих грузов некоторые авторы [1,2] предлагают использовать функции напряжений при решении уравнений предельного равновесия и движения методом последовательных приближений, т. е. задача сведена к нелинейному дифференциальному уравнению предельного равновесия, решение которого основано на последовательной линеаризации решений, получаемых методом разделения переменных или разложения в ряды.
Задача определения поля напряжений в сыпучем теле треугольной формы возникает при расчете крутонаклонных конвейеров с перегородками, а также ленточно-цепных и скребковых конвейеров.
Рассмотрим распределение напряжений в сыпучем теле треугольной формы в условиях плоской деформации, что соответствует сыпучему грузу на рабочем полотне крутонаклонного конвейера с перегородками. При расчете распределения напряжений в сыпучих телах сложной геометриче-
ской формы целесообразно воспользоваться численным методом линии уровня [ 1 ]. Уравнения предельного равновесия сыпучего груза для плоского случая имеют вид
дог дх дт„, да,
■+—- = у;
дх
ду дх ду
2 , \2
= 0;
, + 2н) = (ах-ау) +4тх>„ (1)
яп2р(ал+аз,
где У — объемная масса груза; Р — угол внутреннего трения; Н = ссХ%р — временное сопротивление растяжению [3]; с — коэффициент сцепления.
Разобьем исследуемую область сеткой, как показано на рис. 1. По оси Ох узлы отстоят друг от друга на расстоянии а = 9 , а по оси Оу — на расстоянии Ь = Ау", Р — угол наклона конвейера. Точки У, 4, 8, 12 расположены на свободной поверхности, поэтому напряжения в них равны нулю. Точные значения производных заменим приближенными через дискретные значения функций на конечных интервалах:
дх.
да^
дх
а-а?
~ху
Т -тм
Ах
дх
Ах
8 4
п Юу/
П -"-/г-22 \16 15 20 19 14/113 ' 18
1 25 21 /4
27
Рис. 1. Расчетная сетка исследуемой области
