CC BY
16
то сделать под нее штамп будет невозможно по экономическим причинам.
Способ 8. Существует еще один путь — это изменение конструкции. Вместо тройника данного типа допустимо выбрать тройник с при-стыковочной поверхностью (рис. 7), который легко выполнить с учетом вышеприведенных соображений как из поковки, так и проката.
При проектировании систем, которые будут эксплуатироваться в сложных условиях, необходимо проявлять осмотрительность при назначении тех или иных изделий в проект и делать это только после того, как будет получено подтверждение, что они будут изготовлены по технологиям, учитывающим все аспекты их производства.
УДК 621.9:658.012.011.56
Принцип построения имитационных моделей технологических систем сборочного участка
Р. Р. Магдиев
Автоматизация процессов получения, передачи и обработки информации — это первый этап обеспечения гибкости управления в условиях сборочного производства. Второй этап, не менее важный момент в решении данной проблемы, — это разработка новых или применение известных принципов управления, отражающих особенности функционирования производственных систем, в которых методы организационного управления являются преобладающими в силу специфики производственных отношений. При создании системы оперативного управления (СОУ) сборочным участком на основе имитационных моделей можно использовать различные принципы управления. Наиболее простой — принцип обратной связи с диагностикой состояния объекта управления. Модель представляет собой алгоритм диагностики состояния оперативного управления (распознавания возникшей производственной ситуации), анализа возможных решений путем оценки будущих состояний в управлении принятия решения по расходованию ресурсов. На рис. 1 представлена функциональная схема автоматизированной СОУ гибким производственным участком сборки, учитывающей данные обратной связи в результате диагностики состояния сборочного производственного процесса. Система имеет два контура управления: контур оперативного слежения за протеканием производственного процесса и контур оперативного слежения за состоянием его компонент. Производственный процесс
как объект управления имеет координаты управления и координаты состояния. В качестве управляемых координат рассматриваются объем М^) и темп выпуска №(£) продукции, определяемые как функции многих переменных. Состояние производства определяется составляющими его элементами: состоянием 5 обрабатывающего оборудования (показателями занятости и, исправности Н, загруженности И), изделий У (степенью готовности О), состоянием автоматизированного транспорта (в частном случае — исправностью транспортного робота Нд, где Я — управляющий сигнал расхода ресурса робота) и складов (наполненностью складских модулей Е).
Контроль за ходом производства в контуре I осуществляется путем определения значений
Рис. 1. Функциональная схема автоматизированной системы оперативного управления с обратными связями: ЛПР — лицо, принимающее решение; U(t) — управляющий сигнал; R — управляющий сигнал роботу; УИР — устройство исполнения решения; ГАУ — гибкий автоматизированный участок; f(t) — функциональное воздействие на участок
М^) и сравнения их с заданными значениями №(£) управляемой величины. Информация об отклонениях в объемах выпуска £(£) = -
М^) передается в вычислительное устройство (ВУ) и на экран монитора.
В контуре 2 осуществляется контроль за изменением состояния производственного процесса с помощью системы диагностики (СД). Информация о текущей производственной ситуации передается от СД в вычислительное устройство (ВУ), определяющее алгоритмы функционирования участка в штатных и нештатных ситуациях. Назначение ВУ — формирование в автоматическом режиме алгоритмов оперативного управления в виде последовательности управляющих решений на основании выбранных критериев анализа и оценки производственных ситуаций. При возникновении нештатных ситуаций в ВУ подключается программа оперативного управления нештатными режимами. Информация о возможных управляющих решениях и информация о состоянии элементов производства выдаются на экран видеотерминала для оператора.
Функциями ВУ для оперативного управления, работающих в автономном режиме, является выработка решений по оперативному управлению сборочным производством, состоящих в определении расхода выделенных видов ресурсов в формирование команд У(£) для исполнительных органов. Принятие решений в автоматизированной СОУ остается за оператором — лицом, принимающим решения (ЛПР). В целях реализации решений оператор выдает команды У^) устройству исполнения решений (УИР). Для рассматриваемого сборочного участка в качестве такого устройства выступает сборочное оборудование и транспортный промышленный робот. Решение по расходу управляющего сигнала расхода ресурса робота Я определяется воздействием на производственный процесс сборки, изменяя его состояние.
В состав системы диагностики состояния производства входят блоки контроля состояния (БКС) его основных компонентов: оборудования, сборочных единиц, транспортных и складских средств, а также блоки оценки состояний (БОС) выделенных компонент (рис. 2). Блоки контроля представляют собой датчики для определения значений параметров состояния производственного процесса: блок контроля состояния оборудования (БКО), блок контроля состояния сборочных единиц (БКСе), блок контроля состояния транспорта (БКТ), блок контроля состояния складских модулей
(БКСк). Сигналы о состоянии Зу (где I — наименование оборудования; у — наименование сборочной операции) единиц оборудования, определяемого значениями показателей занятости иу е Н, где иу — управляющий сигнал конкретного оборудования и конкретной сборочной единицы; — управляющий сигнал первой сборки; исправности 1-го оборудования у-й сборочной единицы НЦ е Н^, где Н — все операции сборки, и загруженности 1-го оборудования у-й сборочной единицы уЦ е у, где У^ — загруженность по всему маршруту, и Уф е У2, где у'щ — загруженность по К маршруту сборки; У2 — загруженность второй сборки. Сигналы в виде набора «О» или «1» поступают от БКО в блок оценки состояния оборудования (БОО).
В БОО определяются координаты состояния оборудования для верхних уровней иерархической структуры производства, состоял
ние 5 оборудования групп (с учетом уравне-
л
ний) и состояние 5 оборудования участка. Назначение блоков оценки состояний оборудования состоит в выявлении нештатных режимов функционирования составляющих производственного сборочного процесса. В частности, на основании значений показателей состояния
Л Л Л
оборудования Зд, 5, 5 БОО распознает отклонения, связанные с нарушениями отклонений от заданных параметров структуры. На выходе БОО формируется сигнал «О» или «1». Сигнал «О» свидетельствует о том, что оборудование участка исправно и занято сборкой узла или изделия. Сигнал «1» указывает на возникновение отклонений (оно перегружено), то есть связанных со структурными изменениями в ресурсах оборудования, необходима перезагрузка.
Датчики БКСб определяют параметры состояния сборочных единиц. Сигналы о состоянии ё-1т сборочных единиц в виде совокуп-
Рис. 2. Схема диагностирования состояний производственного процесса сборки
ности «0» и «1» поступают от БКСе в БКСб. В БКСб вычисляются параметры состояния И = всей совокупности сборочных еди-
ниц и выявляются отклонения в перегрузке для потока сборочных единиц. Сигнал «1» на выходе БОД свидетельствует о возникновении отклонений этой группы, т. е. о браке сборочных единиц.
Аналогично с помощью датчика БКТ определяются показатели состояния транспортных средств в БОТ. На рассматриваемом сборочном участке в таком качестве используется промышленный робот. Управляющие сигналы робота Яд в виде набора «0» и «1» передаются от БКТ к блоку оценки состояния транспорта (БОТ). При выходе робота из строя (НИ = 1) ситуация оценивается как нештатная, при этом на выходе БОТ формируется сигнал «1».
Параметры состояния гибких складских модулей выявляются с помощью датчиков БКС. Сигналы о состоянии е'ц гибкого сборочного модуля передаются от БКС к блоку БОС. В БОС определяются показатели состояния е^ складских модулей групп и заполненность Е всех складов участка. Кроме того, распознаются нештатные состояния складских модулей, возникающие в случае отсутствия необходимых полуфабрикатов комплектующих и сборочных единиц либо переполнении складов. Сигнал «1» на выходе БОС свидетельствует о нештатных режимах складских средств.
Информация о состоянии выделенных компонентов производства передается от БОО, БОД, БОТ, БОС в вычислительное устройство. На выходе СД формируется сигнал «0» для штатных ситуаций и сигнал «1» для нештатных ситуаций. Назначение СД состоит в выявлении составляющей сборочного производственного процесса, в связи с которой возникли нештатные режимы (поломка оборудования, брак в сборочном узле, неисправность робота, дефицит сборочных единиц и переполненность складов). В ВУ реальное состояние компонент производственного сборочного процесса сопоставляется с состояниями, задаваемыми идеальными план-графиками движения изделий в производстве. Они строятся на этапе предварительного анализа развития производственных ситуаций на сборочном участке для различных способов организации производства при отсутствии действия возмущений /(£). На основании информации о текущем состоянии сборочного производства, поступающей от системы диагностики, ВУ подсчитывает такие значения критериев
анализа и оценки производственной ситуации. Алгоритм расчета критериев рассмотрен в работе [1]. ВУ является устройством управления расходом ресурсов I = 1,3 I = 1,3. Оно формирует управляющие решения:
• по расходу ресурсов оборудования и^ = = а1д1, где и^ — решение по расходу ресурсов оборудования; а1 — коэффициент пересчёта ресурсов оборудования; — расход ресурсов оборудования на данную сборку;
• по расходу материальных ресурсов и2 = = а2д2, где и2 — решение по расходу материальных ресурсов; а2 — коэффициент пересчёта материальных ресурсов; д2 — расход материальных ресурсов;
• по расходу трудовых ресурсов и3 = а3д3, где из — решение по расходу трудовых ресурсов; аз — коэффициент пересчёта трудовых ресурсов; дз — расход трудовых ресурсов.
Коэффициенты а1 определены в работе [1] и удовлетворяют условию
= 1-
1=1
Тогда принятие решения и1 по расходу ресурса состоит в перерасчете коэффициентов аг долевого участия ресурса в выпуске продукции. Например, изменение значения коэффициента а^ отражает изменение совокупной производственной мощности оборудования и определяет действия для перераспределения мощности между имеющимися сборочными машинами либо подключения новых. В первом случае управляющие решения связаны с изменением режимов сборки узлов и изделий, изменением последовательности назначения сборочных единиц на рабочие места (загруженности сборочных машин) в рамках возможных технологических маршрутов сборки; во втором случае — с изменениями в структуре оборудования. Управляющие решения принимаются в соответствии с одним из выбранных критериев эффективности: загруженности оборудования ¥ или готовности изделий О и состоят в определении добавки Д^ в отношении расхода ресурса каждого вид, иначе говоря, в формировании добавок ДF¿ для ликвидации возникших отклонений в состоянии сборочного производственного процесса. Добавки в отношении расхода ресурса вычисляются как ДF¿ = йгдг, где коэффициент Щ отражает изменение доли ресурса. Тогда управляющие решения в отношении расхода ресурсов для изменения состояния сборочного
отСД
п/п РС
п/п УШС
п/п УНСО
п/п УНСИ
п/п УНСТ
п/п УНСС
Рис. 3. Структура взаимодействия подпрограмм вычислительного устройства: РС — ресурс системы; е^ — сигнал нештатной ситуации от любого вида оборудования и сборочных операций
производства определяются как сумма у и Ау по формуле
V = щ дг + .
Таким образом, ВУ формируются управляющие решения I = 1,3 I = 1,3, определяющие расход ресурса оборудования, материальных и трудовых ресурсов для нормального протекания сборочного производственного процесса по выбранному алгоритму функционировании сборочного участка. Сигнал «1» с выхода СД вызывает подключение ВУ подпрограмм (п/п) управления участком в нештатных производственных ситуациях (рис. 3): для оборудования — устройства нештатного состояния оборудования (УНСО), для потока изделий — устройства нештатного состояния изделий (УНСИ), для транспортных средств — устройства нештатного состояния транспорта (УНСТ), и для складских средств — устройства нештатного состояния склада (УНСС). В условиях нормального функционирования управление участком осуществляется с помощью подпрограмм управления в штатных ситуациях (УШС).
Разработана функциональная схема автоматизированной СОУ гибким производственным участком сборки, на котором реализуется принцип управления по обратной связи. Наличие двух контуров управления позволяет осуществлять оперативное воздействие на координаты управления сборочного производственного процесса и на координаты его состояния, обеспечивая адаптивность оперативного управления к изменению состояния сборочного производства.
Разработанная СОУ функционирует в диалоговом режиме, в реальном масштабе времени. Гибкость управления обеспечивается формированием управляющих решений в отношении расхода ресурсов в автоматическом режиме, с помощью вычислительного устройства, на основе информации об изменении состояния производственного процесса.
Предложена функциональная схема СОУ гибким сборочным участком, реализующая принцип обратной связи с диагностикой состояния производства. При построении системы использование оперативного управления и его имитационных моделей информационного и сигнального каналов передачи данных позволяет автоматизировать процессы обработки информации и реализовать адаптивность управления в условиях сборочного производства с изменяемой номенклатурой.
Литература
1. Магдиев Р. Р. Расчет критериев эффективности групповых сборочных процессов в многономенклатурном производстве // Металлообработка. 2010. № 6. С. 10-14.
2. Строгалев В. П., Толкачева И. О. Имитационное моделирование. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. 697 с.
3. Хемди А. Т. Имитационное моделирование // Введение в исследование операций / Пер. с англ. 7-е изд. М.: Вильямс, 2007. 737 с.
