Разработка имитационной модели функционирования станочного металлообрабатывающего участка Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 681.0.002

Я.Н. Отений, А.А. Эпов, Е.Н. Ломкова, А.А. Казначеева

РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СТАНОЧНОГО МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО УЧАСТКА

Приведены математические модели функционирования станочного металлообрабатывающего оборудования. Разработаны алгоритмы моделирования технико-технологических подсистем, описывающих основные технологические переходы для различных групп станков. В результате синтеза моделей подсистем получена целостная вероятностная имитационная модель функционирования станочного участка.

Станки, модель функционирования, вероятностная модель.

Ya.N. Oteniy, A.A. Epov, E.N. Lomkova, A.A. Kaznacheyeva

IMITATIONAL MODEL ELABORATION OF MACHINE-TOOL METAL-WORKING SECTION FUNCTIONING

The authors describe mathematical models of machine-tool metal-working equipment in the paper. They present modeling algorithms of technotechnological subsystems describing main technological transitions for different machine-tool groups. As a result of a subsystem models synthesis an integral probability imitational model of a machine-tool section is obtained.

Machine tool, functioning model, probability model.

При проектировании металлообрабатывающего производства весь процесс механической обработки детали разбивается на отдельные подсистемы - технологические процессы и операции. Их качественная оценка предусматривает альтернативный выбор: 1) методов обработки; 2) станочного оборудования, пригодного для обработки детали в зависимости от его конструкции и годовой (месячной, сменной) программы производства; 3) последовательности обработки; 4) режущего и измерительного инструмента; 4) технологических баз. Количественная оценка предусматривает установление: 1) оптимальной степени дифференциации и концентрации операций технологического процесса; 2) оптимальной структуры системы машин; 3) режимов обработки.

Качественно различные технологические процессы и операции выполняются по различным законам обработки, протекают в различных условиях и, следовательно, с различными скоростями. Это приводит к их количественному различию по продолжительности процессов и операций. Исходя из этого, количественная оценка по затратам времени является основой для определения производительности металлообработки [1].

Таким образом, при решении проектных задач подготовки производства необходимо исходить из обеспечения максимальной производительности станочного оборудования и заданного качества выпускаемой продукции. В результате определяется время обработки в рабочем цикле, а, следовательно, технологическая производительность каждой единицы станочного парка [2]. В настоящей работе в качестве объекта металлообработки принята деталь типа «тело вращения». Данный тип детали входит в конструкцию большинства изделий машиностроения, с помощью которого обеспечивается передача вращательного движения рабочему органу машины.

В общем случае при формальном описании производственного процесса металлообработки изготовление детали типа «тело вращения» начинается с получения заготовки при помощи пилоотрезной операции. Затем на фрезерно-центровальном станке ведётся обработка торцов, включающая две технологические операции: подрезку торцов и сверление в них центровочных отверстий. Далее управление передаётся группе станков для обработки наружных и внутренних поверхностей детали, состоящей из обтачивания, фрезерования, строгания (долбления), шлифования поверхностей; сверления и обработки отверстий. На данных технологических переходах в зависимости от конструктивной сложности детали и типа станочного оборудования возможно выполнение вспомогательных операций: смены инструмента и схемы базирования. Следующая позиция предусматривает нарезание и шлифование зубьев, шлицев, резьбы; протягивание (прошивку) отверстий. По окончании каждой технологической операции выполняется контрольная операция. Завершается процесс изготовления детали тремя финишными переходами: термической обработкой, промывкой и техническим контролем изделия. На практике оптимальный технологический маршрут определяется конструкцией детали и может состоять из операций самой различной последовательности.

Возможности моделирования сложных систем, к которым можно отнести станочный металлообрабатывающий участок, обусловлены рядом принципов. Основными из них являются декомпозиция и иерархичность описания объектов. При формализации таких систем с учетом рекомендаций Н.П. Бусленко [3] сложная иерархическая система расчленяется на конечное число частей. Полученные части при необходимости вновь расчленяются до тех пор, пока не получатся элементы, удобные для математического и алгоритмического описания.

Использование вышеназванных принципов применительно к целостному процессу функционирования станочного участка для обработки детали типа «тело вращения» позволяет выделить на уровне структурных элементов ряд технико-технологических подсистем: «Получение заготовки - Т1», «Обработка торцов - Т2», «Обработка наружных и внутренних поверхностей - Т3», «Обработка зубьев, шлицев, резьбы. Протяжка (прошивка) отверстий -Т4», «Термическая обработка, промывка и технический контроль детали - Т5» (табл. 1). При

этом каждая подсистема соответствует технологическому процессу, выполняемому определенным оборудованием станочного участка. Таблица 1

___________________Технико-технологические подсистемы металлообработки_____________________

Подсистема (ТТП) Код Оборудование Обозначение

1. Получение заготовки Т1 Отрезное О

2. Обработка торцов Т 2 Фрезерно-центровальное ФЦ

3. Обработка наружных и внутренних поверхностей детали 3.1. Точение Тэ Т3.1 Токарное Т

3.2. Сверление Т3.2 Сверлильное С

3.3. Фрезерование Т3.3 Фрезерное Ф

3.4. Строгание (долбление) Т 3.4 Строгальное СТ

3.5. Шлифование Т3.5 Шлифовальное Ш

4. Обработка зубьев, шлицев, резьбы. Протяжка (прошивка) отверстий 4.1. Нарезание зубьев Т4 Т4.1 Зубонарезное ЗН

4.2. Нарезание шлицев Т4.2 Шлиценарезное ШН

4.3. Нарезание резьбы Т 4.3 Резьбонарезное РН

4.4. Протягивание (прошивка) отверстий Т4.4 Протяжное П

4.5. Шлифование зубьев Т4.5 Зубошлифовальное ЗШ

4.6. Шлифование шлицев Т4.6 Шлицешлифовальное ШШ

4.7. Шлифование резьбы Т4.7 Резьбошлифовальное РШ

Таблица 2

Кодирование функциональных состояний оборудования _______металлообрабатывающего производства__________________________

Функциональное состояние Код Оборудование

Подготовительно-заключительная операция С1 Все группы и типы станочного оборудования

Отрезание заготовки С2 О

Обработка торца С3 ФЦ

Обтачивание поверхности С4 Т

Обработка отверстия С5 С

Фрезерование поверхности Сб Ф

Строгание (долбление) поверхности С7 СТ

Шлифование поверхности С8 Ш

Нарезание зуба С9 ЗН

Нарезание шлица С10 ШН

Нарезание витка резьбы С11 ЗН

Протягивание (прошивка) отверстия С12 П

Шлифование зуба С13 ЗШ

Шлифование шлица С14 ШШ

Шлифование витка резьбы С15 РШ

Термообработка поверхности детали С16 ТО

Промывка С17 ПМ

Контроль детали С18 К

Отказ по техническим причинам С19 Все группы и типы станочного оборудования

Простой оборудования из-за отсутствия фронта работ С20 Все группы и типы станочного оборудования

Смена заготовки С21 Все группы и типы станочного оборудования

Смена инструмента С22 Оборудование для обработки наружных и внутренних поверхностей детали

Смена схемы базирования С23 Оборудование для обработки наружных и внутренних поверхностей детали

Смена партии деталей С24 Все группы и типы станочного оборудования

Контрольная операция С25 О, ФЦ, Т, С, Ф, СТ, Ш, ЗН, ШН, РН, П, ЗШ, ШШ, РШ

Дальнейшая декомпозиция сложного процесса металлообработки позволяет выделить подсистемы низшего уровня (Т3.1, Т3.2, Т3.3, Т3.4, Т3.5, Т4.1, Т4.2, Т4.3, Т4.4, Т4.5, Т4.6, Т4.7, Т5.1, Т5.2, Т5.3), описывающие основные технологические переходы для различных групп станков [4]. Тогда процесс металлообработки формально можно представить в виде последовательно связанных графов. Вершины графов при этом принимают за функциональные состояния станочного оборудования, включающие основные и вспомогательные технологические операции, а также простои оборудования по различным причинам (технические отказы, отсутствие фронта работ) (табл. 2). Дуги и стрелки при таком подходе будут отражать направленность выполнения операций и их взаимосвязь (см. табл. 3).

На основании графов технологических состояний станочного оборудования разработаны математические модели и алгоритмы моделирования технико-технологических подсистем металлообработки (табл. 3). Экспериментальной основой создания моделей послужило исследование статистических закономерностей распределения случайных величин протекания технологических процессов, наработки на отказ, времени ликвидации технических отказов для различных групп и типов станочного оборудования [5]. Синтез математических моделей подсистем позволил получить обобщенную модель функционирования станочного участка в виде системы логических уравнений, описывающих условия перехода одной технико-технологической подсистемы в другую. При этом учитывается, что подсистема Т3 включает подсистемы низшего уровня Т3.1, Т3.2, Т3.3, Т3.4, Т3.5, а подсистемы Т4 и Т5 - соответственно подсистемы Т4.1, Т4.2, Т4.3, Т4.4, Т4.5, Т4.6, Т4.7 и Т5.1, Т5.2, Т5.3. Таким образом, математическая модель функционирования станочного металлообрабатывающего участка примет следующий вид:

Г^ если (Т(г) = Tl) П N,33 (г) < N,33 (1)

Г2, если (Т (t) = T2) П Nот (t) < Nот и (Г (t) = Tl) П Nт (г) > Nт ^^3.1), если (Т (t) = Т3.1) П N0,3 (t) < N0,, и (Г (t) = Г2) П Nот (t) > Nот

Г(ТЪ2), если (Т(г) = Г3.2) П NоOC(t) < NоOC и (Г(г) = Г3.1) П Nоn(г) > N,„3 и (Г(г) = Г3.3) П N4,,,(t) > N4, Т3Т3), если (Т(г) = Г3.3) П N4,(г) < N4,, и (Г(г) = Г3.1) П Non(г) > Nоn и (Г(г) = Г3.2) П Nоос(г) > Nooc ВД.Д если (Т(г) = Г3.4) П Ncn(г) < Ncn и (Г(г) = Г3.1) П Non(г) > Non и (Г(г) = Г32) П Nooc(г) > Nooc

Г3(Г3.5), если (Т(г) = Г3.5) П Nшп (г) < Nшn и (Г(г) = Г3.1) П Non (г) > ^ и (Г(г) = Г33) П N4, (г) >

> N4, и (Г(г) = Г3.2) П Nooc(г) > Nooc и (Г(г) = Г5.1) П Nnm(г) > ^

Г (г + Аг) =

Г4 (Г4Л), если (Т(г) = Г4Л) П Nнз (г) < Nнз и (Г(г) = Г3.1) П Non (г) > Nm и (Г(г) = ГЪ1) П Nooc (г) > Nooc

Г4(Г42), если (Т(г) = Г4.2) П ^ (г) < Nиш и (Г(г) = Г3.1) П Non(г) > Non и (Г(г) = Г32) П Nooc(г) > Nooc

Г4(Г43), если (Т(г) = Г43) П Nиp (г) < Nиp и (Г(г) = Г^) П Non(г) > Non и (Г(г) = Г,2) П Nooc(г) > Nooc

Г4(Г4.4), если (Т(г) = Г4.4) П Nno(г) < Nno и (Г(г) = Г,2) П NoOC(г) > NoOC

Г4 (Г4.5), если (Т(г) = Г4.5) П N3^ (г) < N3^ и (Г(г) = Г4Л) П N„3 (г) > Nнз и (Г(г) = Г5.1) П Nnm (г) > Nnm

Г4(Г4.б), если (Т(г) = Г4.6) П Nшш(г) < Nшш и (Г(г) = Г4.2) П NHш(г) > NHш и (Г(г) = Г5.1) П Nnm(г) > Nnm Г4 (Г4.7), если (Т(г) = Г4.7) П NшР (г) < NшP и (Г(г) = ГАЗ) П N„р (г) > N„р и (Г(г) = Г5.1) П Nnm (г) > Nnm Г5 (Г5.1), если (Т(г) = Г5.1) П Nт (г) < Nт Г5 (Г5 2), если (Т (г) = Г5.2) П Nпд (г) < Nпд Г5 (Г5.3), если (Т(г) = Г5.3) П Nтк (г) < Nтк

Модели и алгоритмы моделирования технико-технологических подсистем (ТТП)

Таблица 3

С21 -С19

С20

(Съ если (С(?)=С1)п(?язо(?)<Гизо)п(р(?)=0)п(а(?)=1)и(С(?)=С24)п(?сид(?)>Гсид);

С2, если п(а(0=1)и (С(г)=С1)п(гпзо(г)>Тпзо)^

и(С(?)= С25)п(?ко(0>Тко)и(С(0=С19)П(?отИ(0>ТотИ)и(С(0= С21)П(?сз(?)>Тсз);

С25, если (C(t)=C25)п(tко(t)<Tко)п(P(t)=1)п(а(t)=1)u(C(t)= С2)п(^р(0>Тобр);

Сх9, если (С(?)=С19)п(?отИ(?)<ТотИ)п(Р(?)=0)п(а(?)=0)и(Р(?)=1)и(С(?)=С2)п(?обр(?)>Тобр)и и(С(?)=С21)п=п(?сз(?)>Тсз);

С21, если (С(0= С21)п(?сз(?)<Тсз)п(р(?)=1)П(а(?)=1)и(С(?)= С2)п(?обр(?)>Тобр)и(С(?)=С19)п

п(tоmп(t')'—Tоmп)uC20)п(tпо(t')>Tпо);

С20, если (C(t)= С20)п(?„о(?)<Т„о)п(р(?)=1)п(а(?)=1)и(С(?)= С21)п(?Сз(0>ТСз)и(С(0= С24)п

п(^спд(')>Тспд);

С24, если (С(0= С^п^спдО^^пСв^^^па^^^иС^ C2)п(tобр(t)>Tобр)uC(t)=C2o)п

^ п(?по(0>Тпо) и(С(?)=С21)п(?сз(?)>Тсз);

где Се (С1, С2, С19, С20> С2Ъ С24> С25)

ггп

10 .1

йтЬ

12.1

У

13.1 |—

14.1 |—

□и>

(Съ если (C(t)=Cl)п(tn3о(t)<Tn3о)п(в(t)=0)п(а(t)=1)u(C(t)=C24)п(tспд(t)>Tс„д>);

С3, если (C(t)=Cз)п(tобр(t)<Tобр)п(NЯз(t)<Nяз)п(P(t)=0)n(а(t)=1)u(С(t)=Cl)п(tЯЗо(t)>TЯЗо)u u(C(t)=C^9)п(tоmп(t)>Tоmп)u(C(t)=C2l)п(tсз(t)>Tсз)u(C(t)=C25)п(tко(t)>Tко);

С25, если (С(0=С25)п(^о(0<Тко)п(р(0=1)п(а(0=1)и(С(0=Сз)п(^бр(Х)—Тобр)и(С(0=С5)п

п(tобр(t)>Tобр);

С5, если (С(0=С5)п(^бр(0<Тобр)п(р(0=0)п(а(0=1)и(С(0=Сз)п(^бр(0>Тобр)и(С(0=С19)п п(tоmп(t)>Tоmп)u(C(t)=C25)п(tко(t)>Tко);

С19, еCЛИ(C(t)=Cl9)п(tоmп(t)<Tоmп)п(P(t)=0)п(а(t)=0)u(P(t)=1)u(C(t)= Сз^обрШТобр^ u(C(t)=C5)п(tобр(t)>Tобр)u(C(t)=C2l)п(tсз(t)>Tсз);

С21, если (C(t)=C2l)п(tсз(t)<Tсз)п(p(t)=1)п(а(t)=1)u(C(t)=Cз)п(tобр(t)>Tобр)u(C(t)=C5)п п(^бр(^>Тобр) и (C(t)=Cl9)п(tоmп(t)>Tоmп)uC(t)=C20)п(tпо(t)>Tпо);

С20, если (C(t)=C2o)п(tпо(t)<Tпо)п(p(t)=1)п(а(t)=1)u(C(t)=C2l)п(tсз(t)>Tсз)u(C(t)= С24)п

п^спдШТспд);

^24, если (C(t)=C24)п(tспд(t)<Tспд)п(p(t)=1)п(а(t)=1)u(C(t)=Cз)п(tобр(t)>Tобр)uC(t)= С20)п

п(tпо(t)>Tпо)u(C(t)=C2l)п(tсз(t)>Tсз); где Сб (С1, Сз, С5, С19, С20, С2Ь С24, С25)

15.2 -

16.2 —

18.2 «-1

2

Сп (с4> С5> С6, С7> С8)

[Съ если (C(t)=Cl)n(tn3о(t)<Tnзо)n(P(t)=0)n(a(t)=1)u(C(t)=C24)n(tсnд(t)>Tсnд);

Сп, если (C(t)=Cл)n(tобр(t)<Tобр)n(Nnз(t)<Nn3)n(P(t)=0)n(a(t)=1)u(С(t)=Cl)n(tn3о(t)>Tn3о)u u(C(t)=C25)n(tKо(t)>TKо)u(C(t)=C22)n(tси(t)>Tси)u(C(t)=C2з)n(tссб(t)>Tссб)u(C(t)= С19)п n(tоmn(t)>Tоmn)u(C(t)=C2l)n(tсз(t)>Tсз);

С25, если (C(t)=C25)n(tко(t)<Tко)n(P(t)=1)n(a(t)=1)u(C(t)=Cи)n(tобр(t)>Tобр);

С22, если (C(t)=C22)n(tcм(t)<TсM)n(P(t)=0)n(a(t)=1)u(C(t)=Cл)n(tобр(t)>Tобр)u(C(t)=C25)n п^ко^ТкоМОД^з^^сб^ТссбМС^С^п^отп^Тотп);

С23, если (C(t)=C2з)n(tссб(t)<Tссб)n(P(t)=0)n(a(t)=1)u(C(t)=Cл)n(tобр(t)>Tобр)u(C(t)=C22)n = п^О^МС^С^п^отп^Тотп);

С19, если (C(t)=Cl9)n(tоmn(t)<Tоmn)n(P(t)=0)n(a(t)=0)u(P(t)=1)u(C(t)=Cи)n(tобр(t)>Tобр)u u(C(t)=C2з)n(tссб(t)>Tссб)u(C(t)=C2l)n(tсз(t)>Tсз)u(C(t)=C22)n(tсM(t)>TсM);

С21, если (C(t)=C2l)n(tсз(t)<Tсз)n(P(t)=1)n(a(t)=1)u(C(t)=Cи)n(tобр(t)>Tобр)u(C(t)=Cl9)n п^пШТотп) и C(t)=C2o)n(tnо(t)>Tnо);

С20, если (C(t)=C2o)n(tnо(t)<Tnо)n(P(t)=1)n(a(t)=1)u(C(t)=C2l)n(tсз(t)>Tс3)u(C(t)=C24)n(tсnд(t)>Tсnд); С24, если (C(t)=C24)n(tсnд(t)<Tсnд)n(P(t)=1)n(a(t)=1)u(C(t)=Cи)n(tобр(t)>Tобр)uC(t)=C2o)n

V n(tnо(t)>Tnо)u(C(t)=C2l)n(tсз(t)>Tсз); где Се (С1, Си, С19, С20, С21> С22> С2з> С24> С25); Сие (С4> С5> Сб> С7> С8)

1.3

2.3 і к

+

<1з> 13 .3

Ч 7.3 ^і;з>0

Сп (с9> С10> С1Ъ С12> С13, С14> С15)

( С1, если (C(t)=Cl)n(tn3о(t)<Tnзо)n(P(t)=0)n(a(t)=1)u(C(t)=C24)n(tсnд(t)>Tсnд);

Ср если (С^Ср^^обр^Тобр^Ипз^^пф^^п^О^)и (С^СОп^пзо^Тпзо^

u(C(t)=Cl9)n(tоmn(t)>Tоmn)u(C(t)=C2l)n(tсз(t)>Tсз)u(C(t)=C25)n(tко(t)>Tко);

С25, если (C(t)=C25)n(tко(t)<Tко)n(P(t)=1)n(a(t)=1)u(C(t)=Cр)n(tобр(t)>Tобр);

С19, если (C(t)=Cl9)n(tomn(t)<Tomn)n(в(t)=0)n(a(t)=0)u(fi(t)=l)u(C(t)=Cр)n(tобр(t)>Tобр)u { u(C(t)=C2l)n=n(tсз(t)>Tсз);

С21, если (C(t)=C2l)n(tсз(t)<Tсз)n(P(t)=1)n(a(t)=1)u(C(t)=Cр)n(toбр(t)>Toбр)u(C(t)=Cl9)n

n(tomn(t)>Tomn)uC(t)=C20)n(tno(t)>Tno);

С20, если (C(t)=C2o)n(tno(t)<Tno)n(P(t)=1)n(a(t)=1)u(C(t)=C2l)n(tсз(t)>Tсз)u(C(t)=C24)n п(^пд(0>Тспд);

V С24, если (C(t)=C24)n(tсnд(t)<Tсnд)n(P(t)=1)n(a(t)=1)u(C(t)=Cр)n(toбр(t)>Toбр)uC(t)=C2o)n

n(tno(t) —Тпо) u(C(t)=C2l)n(tсз(t)>Tсз);

где Се (С1, Ср, С19, С20, С21> С24> С25); Сре (С9> С10> С1Ъ С12> С1з> С14> С15)

1.4

2.4

*• 7 4 6.4 У^СА)

3

Cq (C16, Cl7, c18)

( Сь если (C(f)=Ci)n(f„3O(f)<rK3O)n(P(f)=0)n(a(f)=1)u(C(f)=C24)n(fc„d(f)>rc„dj;

Cq, если(С(г)= Cq)n(to6p(t)<To6p)n(NJt)<NJn(e(t)=0)n(a(t)=1)u(C(t)=Ci)n(tmo(t)>Tmo)u u(C(t)=C19)n(tomn(t)>Tomn)u(C(t)=C2i)n(tC3(t)>TC3);

Сх9, если (C(t)=Ci9)n(tomn(t)<Tomn)n(P(t)=0)n(a(t)=0)u(P(t)=1)u(C(t)=Cq)n(to6p(t)>To6p)u (C(t)=C2i)n=n(tc3 (t)>Tc3 );

С21, если (C(t)=C2i)n(tc3(t)<Tc3)n(P(t)=i)n(a(t)=i)u(C(t)=Cq)n(to6p(t)>To6p)u(C(t)=Ci9)n(tomn(t)>

>Tomn)uC( t)=C20)n(tno(t)>Tno);

С20, если (C(t)=C20)n(tno(t)<Tno)n(P(t)=i)n(a(t)=i)u(C(t)=C2i)n(tc3(t)>Tc3)u(C(t)= C24)n

n(tcnâ(t)>Tcnâ) ;

С24, если (C(t)=C24)n(tcnâ(t)<Tcnâ)n(P(t)=i)n(a(t)=i)u(C(t)=Cq)n(to6p(t)>To6p)uC(t)=C20)n n(tno(t)>Tno)u(C(t)=C2i)n(tc3(t)>Tc3); где Ce (СЬ C3, C5, Ci9, C20, С2Ь С24> С25); Cq£ (Ci6> Ci7> Ci8)___________________________________

I 1-5 I

2.5 /

G.5.; 10.5 1

.4.5.

5.5

11.5 I—

12.5 I—

X 6'5 >0

13 .5 I—

5

7

В математических моделях (табл. 3): t и At - произвольный момент и шаг приращения времени моделирования; Nn3(t) - случайная функция количества полученных заготовок; Nn3 - необходимое количество заготовок для данной партии деталей; a(t) - случайная функция, характеризующая работоспособность оборудования (0 - не работает, i - работает); p(t) - случайная функция, характеризующая степень обработки поверхности детали (0 - не обработана, i - обработана); tn3o(t), tcnâ(t), toôp(t), tcu(t), tccô(t), tKo(t), tomn(t), tc3(t), tno(t) - случайные функции времени выполнения: подготовительно-заключительной операции, смены партии деталей, обработки детали на соответствующем переходе, смены инструмента, смены схемы базирования, контрольной операции, отказа по техническим причинам, смены заготовки, простоя оборудования (из-за отсутствия фронта работ); Tn3o, Tcnâ, Toôp, Tcu, Tcc6, Tko, Tomn, Tc3, Tno - регламентированное значение времени: выполнения подготовительно-заключительной операции, смены партии деталей, обработки детали на соответствующем переходе, смены инструмента, смены схемы базирования, контрольной операции, отказа по техническим причинам, смены заготовки, простоя оборудования (из-за отсутствия фронта работ).

В математической модели (1): Nn3(t), Nom(t), Non(t), Noo(t), Nфn(t), Ncn(t), Nшn(t), Nnm(t), Nu3(t), Nno(t), Шш^), Nup(t), NM3(t), Nшш(t), Nшp(t), Nnâ(t), NmK(t) - случайные функции: количества полученных заготовок, обрабатываемых торцов, обтачиваемых поверхностей, обрабатываемых отверстий, фрезеруемых, строгаемых, шлифуемых поверхностей, поверхностей термообработки, нарезаемых зубьев, протягиваемых отверстий, нарезаемых шлицев, витков резьбы, шлифуемых зубьев, шлицев, витков резьбы, промываемых деталей, деталей, подвергающихся техническому контролю; Nn3, Nom, Non, Noo, Nфn, Ncn, Nшn, Nnm, Nu3, Nno, Шш, Nup, Nm3, Nшш, Nшp, Nnâ, NmK - необходимое количество для данной партии деталей: заготовок, обрабатываемых торцов, обтачиваемых поверхностей, обрабатываемых отверстий, фрезеруемых, строгаемых, шлифуемых поверхностей, поверхностей термообработки, нарезаемых зубьев, протягиваемых отверстий, нарезаемых шлицев, витков резьбы, шлифуемых зубьев, шлицев, витков резьбы, промываемых деталей, деталей, подвергающихся техническому контролю.

На блок-схемах в алгоритмах моделирования (табл. 3): i.i...i5.i, 2.i...2.i8, 3.L..3.20, 4.i...4.i6, 5.i...5.i4 - первая цифра в нумерации блоков-модулей

обозначает порядковый номер следования блоков, вторая - принадлежность к соответствующей ТТП; i.i___i.5 - начало алгоритма; 2.i...2.5 - объявление массивов

и переменных; 3.i.. .3.5 - выполнение проверки последовательно по трем условиям: смена партии деталей произведена?, предварительно-заключительная операция (ПЗО) выполнена?, смена заготовки (СЗ) произведена?; 6.3...6.5 - задание цикла реализации технологических переходов; 6.i, 6.2, 8.3...8.5, 9.2 - генерирование времени выполнения технологической операции (ТО); 7.i, 7.2, i0.2, 9.3...9.5 - выполнение проверки: ТО выполнена? 8.i, 8.2, i0.3, i0.4 - выполнение проверки: контрольная операция (КО) выполнена? 9.i, ii.2, 7.3...7.5 - определение оставшегося времени моделирования; i0.3, i0.4 - выполнение проверки последовательно по двум условиям : инструмент меняется?, схема базирования меняется?; i0.i, i2.2, i3.3, 11.4, i0.5 - корректировка исходных данных; ii.i. i3.2. i4.3, i2.4, ii.5 -определение времени ПЗО; 12.1, 14.2, 15.3, 13.4, 12.5 - определение времени СЗ; 13.1, 15.2, 17.2, 16.3, 14.4, 13.5 - определение времени ТО; 14.1, 16.2, 17.3, 15.4 -определение времени КО; 18.3, 19.3 - определение времени смены инструмента и схемы базирования; 15.1, 18.2, 20.3; 16.4, 14.5 - конец алгоритма.

Для того чтобы реализовать на ЭВМ обобщенную имитационную модель сложной системы, необходимо синтезировать ее из отдельных алгоритмов (модулей), описывающих функционирование компонент системы (см. табл. 3). Одним из основных вопросов, возникающих при синтезе модели, является вопрос о принципах построения моделирующих алгоритмов основных и вспомогательных модулей. Этот принцип выбирается из известных существующих принципов: «Л/», «особых состояний», «последовательной проводки заявок» [3]. При разработке имитационной модели использованы два принципа: «Л/» (для программирования вспомогательных модулей, которые должны отражать взаимосвязи между подсистемами, а также организацию и технологию обработки) и принцип «особых состояний» (для программирования технико-технологических подсистем, являясь весьма удобным и экономичным в отношении машинного времени).

Обобщенный алгоритм имитационной модели, представленный на рисунке, начинает работу с управляющей программы, в которой резервируются поля памяти под массивы и переменные, обнуляются их начальные значения. Для работы генератора случайных чисел определяются их случайные начальные значения. Затем управляющая программа обращается к модулям ввода и вывода исходных данных, включает счетчик модельного времени /, который будет наращиваться с шагом Л/ до заданного значения времени моделирования

Алгоритм имитационного моделирования станочного металлообрабатывающего участка

На каждом шаге проверяется, функционирует ли г-я технико-технологическая подсистема. Если да, то для моделирования процессов в ТТПг и анализа производственной ситуации задается цикл по перебору всех ТТПг (г = 1, Ыттп). Если нет, то в цикле определяется время простоя каждой единицы станочного оборудования ОБ^ с фиксацией причины простоя (отказ оборудования по техническим причинам, простой оборудования из-за отсутствия фронта работ). Следующим этапом работы алгоритма является еще один цикл просмотра всего оборудования, задействованного в ТТПг (] = 1, Ыовд. Для каждого станка определяются

119

время работы и его надежность. Установление надежности осуществляется путем моделирования наработки на отказ и времени восстановления соответствующего технологического оборудования. После этого проверяется: нужно ли выводить на печать информацию, сложившуюся на момент времени t? Если да, то подключается модуль «Вывод результатов».

Если нет, то сразу переходим на цикл по наращиванию модельного времени t3. Процесс моделирования заканчивается по достижении заданной величины t3.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шаумян Г. А. Комплексная автоматизация производственных процессов / Г.А. Шаумян. М.: Машиностроение, 1983. 636 с.

2. Гжиров Р.И. Программирование обработки на станках с ЧПУ / Р.И. Гжиров, П.П. Серебреницкий. Л.: Машиностроение, 1990. 588 с.

3. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем / Н.П. Бусленко. М.: Наука, 1978.

401 с.

4. Формализация процессов металлообработки при компьютерной имитации станочных участков / А. А. Эпов, П.В. Ольштынский, Я.Н. Отений, А.Н. Зайцев // Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия: материалы Второго Междунар. симпозиума. Орел: ОрелГТУ, 2003. С. 139-142.

5. Смольников Н.Я. Компьютерное статистическое моделирование временных параметров функционирования станочного оборудования / Н.Я. Смольников, А. А. Эпов, А.Н. Зайцев // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы III Всерос. конф. Камышин: КТИ ВолгГТУ, 2005. С. 55-58.

Отений Ярослав Николаевич -

доктор технических наук, заведующий кафедрой «Технология машиностроения»

Камышинского технологического института (филиала) Волгоградского государственного технического университета

Эпов Александр Александрович -

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Информатика»

Камышинского технологического института (филиала) Волгоградского государственного технического университета

Ломкова Елена Николаевна -

старший преподаватель кафедры «Информатика»

Камышинского технологического института (филиала) Волгоградского государственного технического университета

Казначеева Анастасия Александровна -

старший преподаватель кафедры «Информатика»

Камышинского технологического института (филиала) Волгоградского государственного технического университета

Статья поступила в редакцию 09.06.09, принята к опубликованию 14.01.10

Oteniy Yaroslav Nikolayevich -

Doctor of Technical Sciences, Professor,

Head of the Department of «Technology of Machine Building» of Kamyshynsk Technological Institute (branch) of Volgograd State Technical University

Epov Aleksandr Aleksandrovich -

Candidate of Technical Sciences,

Assistant Professor, Head of the Department of «Information science» of Kamyshynsk Technological Institute (branch) of Volgograd State Technical University

Lomkova Yelena Nikolayevna -

Senior Lecturer of the Department of «Information science» of Kamyshynsk Technological Institute (branch) of Volgograd State Technical University

Kaznacheyeva Anastasiya Aleksandrovna -

Senior Lecturer of the Department of «Information science» of Kamyshynsk Technological Institute (branch) of Volgograd State Technical University