CC BY
94
УДК 621: 65.011.56
ПРОГРАММА РАСЧЕТА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЯЧЕЕК
(Работа выполнена при поддержке гранта № 2.1.2/ 613 АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)»)
Р.Р. Рахматуллиин, к.т.н.; А.И. Сердюк, д.т.н.; Е.В. Гаврюшина (Оренбургский государственный университет, 333333p@mail.ru, sap@mail.osu.ru, aki@mail.osu.ru)
Рассматривается проблема неэффективности локальной автоматизации производства при внедрении гибких производственных ячеек. В качестве решения предлагается расчет их параметров исходя из сложившейся пропускной способности смежнык подразделений. Разработано программное средство, позволяющее рассчитать требуемую производительность, коэффициент загрузки и ряд других проектнык параметров гибких производственны« ячеек.
Ключевые слова: производство, гибкая автоматизация, гибкая производственная ячейка, компьютерное моделирование, анализ, синтез.
Важным направлением в обновлении основных производственных фондов машиностроительного производства являются создание и эксплуатация управляемых компьютерами комплексов производственного оборудования - гибких производственных ячеек (ГПЯ) и систем (ГПС).
Одна из проблем внедрения ГПЯ на действующем производстве - это неэффективность локальной автоматизации. Дело в том, что работа ГПЯ и смежных участков традиционного производства организуется по-разному. В традиционном производстве оборудование функционирует в одну-две смены пятидневную рабочую неделю. ГПЯ может функционировать по 20 часов в сутки и 7 суток в неделю. Следовательно, внедрение ГПС либо требует полной реструктуризации предприятия, либо приводит лишь к необоснованным капитальным затратам и простоям дорогостоящего оборудования.
Необходимо выяснить, как можно органично и с минимальными затратами вписывать локальные ГПЯ в имеющуюся структуру производственного цикла. Разумным вариантом является соответствие ГПЯ пропускной способности заменяемого оборудования. Возникает задача синхронизации пропускной способности встраиваемой ГПЯ и смежных подразделений, решение которой позволяет оптимизировать проектные параметры и режимы эксплуатации новой производственной системы.
Под пропускной способностью производственной системы понимается количество продукции N-1-, изготовленной за определенный календарный отрезок времени Т.
Условие синхронизации пропускной способности производственного участка (ПУ) и ГПС можно представить как
рпу хтПУ х• = рГПЯ хТГПЯ х] , (!)
где Рпу, Ргпя - производительность ПУ и ГПЯ соответственно, шт./ч.; ТПУ, ТГПЯ - длительность одного цикла (смены) работы ПУ и ГПЯ, ч.; ^ ] -число циклов работы ПУ и ГПЯ за время Т соответственно.
Отсюда требуемая производительность ГПЯ определится как
ргпя ="
Рт/ Xi
т . - (2) т гпя х л
Выражение показывает связь между пропускной способностью ПУ на заданном отрезке времени и производительностью встраиваемой ГПЯ с учетом условий организации ее работы. Для выполнения необходимых расчетов разработана программа Sinchro, позволяющая в табличной и графической формах рассмотреть динамику формирования объемов выпускаемой продукции в ГПЯ и на смежном ПУ. В качестве входных данных задаются календарный отрезок времени и плановый объем выпуска продукции, количество рабочих дней в неделю и продолжительность работы.
Результатами расчетов на первом шаге программы служат производительность смежных подразделений, посуточный план-график выпуска и объем рассогласования выпуска изделий в ГПЯ и на смежном участке (рис. 1). Объем рассогласования выпуска Лt связан с разной производительностью ПУ и ГПЯ, в каждый момент t=(0, Т)
и может быть
А, = Nf - N™
описывается как как положительным (N^7 > N™), так и отрицательным (N^7 < N™). Рассчитываемые предель-
Рис. 1. Экранная форма расчета производительности гибкой производственной ячейки
ные значения А1 могут использоваться для выбора емкости накопителей заготовок и готовых изделий (автоматического склада) ГПЯ.
В данном режиме программа используется для исследования чувствительности расчетных значений производительности ГПЯ и емкости автоматического склада к изменению входных данных (рис. 2).
Рис. 2. Изменение производительности смежных участков с разным уровнем автоматизации и емкости автоматического склада при изменении планируемого объема выпуска изделий
Рассчитываемая таким образом производительность ГПЯ соответствует требуемой пропускной способности смежных подразделений предприятия.
С другой стороны, производительность ГПЯ описывается следующим выражением:
Кгпя (3)
ргпя = с п х"
60 '
^шт + т т с
где 1ШТ - средняя трудоемкость изготовления изделия, мин.; ТС - длительность цикла загрузки/выгрузки изделия в рабочей зоне, сек.; С П - число единиц технологического оборудования, шт.; КГПЯ - коэффициент загрузки ГПЯ.
Из выражения (3) следует, что производительность ГПЯ Ргпя, соответствующая требуемой пропускной способности смежных участков, при заданной трудоемкости изделий 1шт может быть обеспечена за счет использования нужного числа
станков в ГПЯ (рис. 3): С П = -
60
ргпя х шт + т~)
_1 с
^^гттст
Расчет числа станков выполняется на следующем шаге программы Зтскго. Расчетное число станков, как правило, является величиной дробной. Принятое число станков получается округлением расчетного в большую или меньшую сторону. Окончательное решение об округлении принимается с учетом графиков, иллюстрирующих соответствующие изменения производительности РГПЯ, коэффициента загрузки КГПЯ,
средней трудоемкости 1 шт или длительности цикла ТС (рис. 3).
Например, для проектируемой системы может быть выбрано 7 станков вместо 8, если использовать устройства загрузки/выгрузки изделия в рабочей зоне с длительностью цикла ТС<37,5 сек. либо обеспечить работу проектируемой ГПЯ с коэффициентом загрузки КГПЯ>0,88 (рис. 3). В первом случае выбор числа станков сопровождается уточнением технических характеристик устройств загрузки/выгрузки, во втором уточнением требований по эффективности использования ГПЯ.
На следующем шаге программы по известным таблицам привязки типов и групп деталей к рекомендуемым типоразмерам станков выбираются модели технологического оборудования.
Совокупность полученных результатов (рис. 4) позволяет перейти к следующему этапу -компьютерному моделированию работы ГПЯ при различных структурно-компоновочных вариантах построения, параметрах оборудования и алгоритмах его взаимодействия для достижения требуемых значений производительности и загрузки проектируемой системы. В качестве инструментальных средств компьютерного моделирования ГПЯ могут использоваться ранее разработанные программные продукты «Каскад» [1] и Ро1уТгат [2]. При этом для оценки эффективности работы транспортно-складской системы может быть рекомендована программа Ро1уТгат, в которой работа ГПЯ рассматривается на уровне технологической операции. Для оценки эффективности работы автоматизированной системы инструмен-
Рис. 3. Экранная форма выбора числа станков под заданную пропускную способность ГПЯ
Рис. 4. Состав входных данных и получаемых результатов в программе ^пСгго
тального обеспечения рассчитана программа «Каскад», в которой работа ГПЯ рассматривается на уровне технологического перехода.
В качестве средств информационно-методической поддержки процессов моделирования могут использоваться имеющиеся статистические результаты вычислительных экспериментов в программах «Каскад» и PolyTrans [3].
Таким образом, разработанное программное средство Sinchro при формировании планов реконструкции и модернизации производства позволяет выполнить предварительные объемные расчеты управляемых компьютерами комплексов оборудования. Полученные результаты расчетов используются для последующего формирования технического предложения на создание ГПЯ по критерию оптимального соответствия сложив-
шейся пропускной способности предприятия. При этом само программное средство Sinchro может использоваться в качестве модуля разрабатываемой САПР ГПЯ.
Литература
1. Сердюк А.И., Сергеев А.И. Метод циклограмм в построении компьютерных моделей ГПС // АСТ. 2005. № 11. С. 17-23.
2. Сердюк А.И., Гильфанова Ф.Ф., Рахматуллин Р.Р. Программа многокритериальной оценки проектных решений в гибких производственных ячейках механообработки «Fania» / Свид. о гос. регистр. прогр. для ЭВМ № 2006611542, РФ: дата поступления 23.03.2006; дата регистр. в Реестре программ для ЭВМ 6.05.2006.
3. Сердюк А.И., Рахматуллин Р.Р., Корнипаева А.А., Галина Л.В. Закономерности формирования производительности гибких производственных ячеек: монография. Оренбург: Изд-во ОГУ, 2008. 188 с.
УДК 681.5
ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Н.В. Билъфелъд, к.т.н. (Березниковский филиал Пермского государственного технического университета, Ы1/еЫ@тай. ги)
Разработаны программа для моделирования и исследования динамики систем управления и модуль связи Delphi с MATLAB. Перечислены особенности моделирования непосредственно в MATLAB и возникающие при этом трудности. Описаны возможности разработанной программы для моделирования и исследования динамики систем управления. Приведены примеры использования интерфейса программы
Ключевые слова:регулирование, динамика, моделирование, программа.
Для исследования динамики систем автоматического регулирования (САР) наиболее популярной является программа SIMULINK, входящая в состав интегрированной среды MATLAB.
С целью эффективного исследования САР и получения сравнительных характеристик поведения системы при изменении различных ее свойств необходимо не только умение работать с данной программой, но и знание обширного круга команд и функций MATLAB, а также основ программирования в MATLAB и разработки М-файлов. Это может вызвать определенные трудности и значительно замедлить процесс исследований.
Для устранения данной проблемы разработана программа, ядром которой являются модуль связи Delphi и MATLAB, интегрирующая в себе основные методы исследования САР, интерфейс которой представлен в терминах и понятиях, традиционных для систем автоматического регулирования. В частности, интерфейс модели для исследования комбинированных систем регулирования (рис. 1) имеет вид, приведенный на рисунке 2.
Из рисунков 1 и 2 видно, что настройка модели и необходимые коммутации осуществляются кликом мышки по соответствующему участку схемы и не требуют ввода коэффициентов в соот-
ветствующие блоки модели. Для управления моделью и представления результатов используется специальное окно настроек, приведенное на рисунке 3.
Запуск модели можно осуществлять циклически. При этом для любого параметра модели можно указать необходимое приращение. В частности, при щелчке по объекту открывается окно на-
Рис. 1. Модель для исследования каскадной системы управления
