Курсовая работа (т): Розробка алгоритмічного та програмного забезпечення системи оперативного управління (СОУ) гнучким автоматизованим підрозділом (цехом, ділянкою, лінією)

Розробка алгоритмічного та програмного забезпечення системи оперативного управління (СОУ) гнучким автоматизованим підрозділом (цехом, ділянкою, лінією)

Вступ

Метою викладання дисципліни “Алгоритмізація та верифікація управління в гнучких комп’ютеризованих системах” є отримання студентами знань в області технології алгоритмізації задач управління інтегрованим виробництвом на різних рівнях його організації, а саме на рівнях від організаційного управління підприємством до технологічного управління групами чи окремими одиницями промислового обладнання виробничих підрозділів. Особливістю проблеми створення алгоритмічного та програмного забезпечення системи управління виробництвом є застосування різних за змістом та призначенням інженерних методів розв'язання комплексу задач проектування та експлуатації інтегрованого виробництва, важливою складовою частиною якого постає гнучка виробнича система (ГВС) цехового рівня.

Тому темою курсового проектування даної дисципліни є створення алгоритмічного та програмного забезпечення системи оперативного управління (СОУ) гнучким автоматизованим підрозділом (цехом, ділянкою, лінією). За змістом завдання постає як комплексне за рахунок послідовного розв'язання взаємопов'язаних задач з розробки підсистем оперативно-календарного планування для організаційного рівня, оперативно-диспетчерського управління для технологічного рівня виробництва та імітаційного моделювання роботи ГВС для виконавчого рівня верифікації роботи обладнання.

Основною організаційною формою ГВС на виробництві є гнучка автоматизована ділянка (ГАД). ГАД - це виробнича система, в якій реалізується автоматизоване групове багатономенклатурне виробництво, що оперативно переналагоджується у визначеному параметричному діапазоні продукції через синхронну роботу всіх функціональних модулів за допомогою системи оперативного управління. Будь-яка ГАД має у своєму складі такі модулі:

гнучкі виробничі модулі (ГВМ) основного технологічного обладнання (верстати, складальні машини, тощо);

автоматизований склад (виробів, напівфабрикатів, комплектуючих, інструментів);

автоматизовану транспортну систему.

Для забезпечення подавання виробів на ГВМ та організації їх взаємодії з автоматизованим складом в ГАД використовується автоматизована транспортна система в складі транспортних модулів та роботів-штабелерів, які мають транспортні маршрути пересування. ГВМ обов'язково мають в своєму складі вхідний та вихідний накопичувачі, в які деталі надходять для подальшої обробки згідно технології, а після завершення обробки тимчасово зберігаються для подальшого транспортування на інше технологічне обладнання. Це дозволяє спочатку привезти наступну деталь для обробки, а потім вивезти ту, що чекає на подальшу обробку. Проте, на функціонування накопичувачів та роботу ГВМ накладаються деякі обмеження, пов'язані із забезпеченням вимог на порядок ініціювання технологічної операції на обладнанні. Це:

транспортний модуль не може привезти наступну деталь на обробку, поки завантажений вхідний накопичувач;

обробка деталі з вхідного накопичувача не може початися на ГВМ, поки зайнятий вихідний накопичувач;

після завершення обробки деталь одночасно надходить до вихідного накопичувача.

Для створення ефективно діючої СОУ ГАД необхідно в першу чергу визначити технологічні маршрути обробки деталей на ГВМ для заданого номенклатурного переліку виробів, розрахувати порядок запуску деталей у виробництво для визначення часу виробничого циклу і розкладу роботи обладнання, а потім розробити графік проведення транспортних операцій для своєчасного виконання технологічних операцій на ГВМ згідно розкладу їх роботи. Одночасно в ході складання розкладу та графіку обґрунтовується вибір достатньої кількості та призначення (спеціалізації) ГВМ та транспортних модулів, який забезпечить виконання розробленого виробничого циклу обробки деталей. Отримана інформація буде включати дані про початок і завершення різних операцій на ГВМ, транспортних модулях, напрям та їх мету пересування. З метою аналізу можливості реалізації розробленого розкладу та графіку роботи всього устаткування ГАД виконується сіткове моделювання, яке перевіряє умови ініціювання операцій, виконання всього запланованих переліку дій у системі, повернення обладнання в початковий стан, обмеження ресурсів та інше. Крім, того виконується пошук вузьких місць, конфліктів при роботі обладнання. Дослідження завершується виробленням рекомендацій щодо усунення помилок та неточностей, які були припущені при проектуванні структури та алгоритмів функціонування ГАД.

Отже розв'язання задач курсового проекту передбачає виконання таких завдань:

Розробка підсистеми оперативного обліку ГВС. На даному етапі передбачається створення інформаційної бази даних з нормативно-технологічних показників подання матеріальних, інформаційних процесів і об'єктів ГВС та проведення їх розрахунку.

Розробка підсистеми оперативного планування ГВС. На даному етапі за визначеним критерієм ефективності роботи автоматизованого підрозділу складається розклад роботи технологічного обладнання в цьому підрозділі по виготовленню встановленої номенклатури продукції за оперативний інтервал часу - зміну (добу).

Розробка підсистеми оперативно-диспетчерського управління ГВС. На даному етапі необхідно розробити алгоритм організації транспортного обслуговування змінного завдання, виходячи з того, що необхідно забезпечити мінімальні відхилення від термінів завершення виконання технологічних операцій згідно з побудованим розкладом роботи технологічного обладнання.

Розробка підсистеми імітаційного моделювання ГВС. На цьому етапі передбачається виконання якісного аналізу коректності розробленого алгоритму, шляхом проектування "правильно побудованої" сіткової моделі транспортного обслуговування.

інформаційна база управління матеріальна

1. Аналіз задач проектування системи оперативного управління ГВС

.1 Опис підрозділів ГВС як об'єкта управління

ГАД - це виробнича система, в якій реалізується автоматизоване групове багатономенклатурне виробництво, що оперативно переналагоджується у визначеному параметричному діапазоні продукції через синхронну роботу всіх функціональних модулів за допомогою системи оперативного управління. Будь-яка ГАД має у своєму складі такі модулі:

гнучкі виробничі модулі (ГВМ) основного технологічного обладнання (верстати, складальні машини, тощо);

автоматизований склад (виробів, напівфабрикатів, комплектуючих, інструментів);

автоматизовану транспортну систему.

В даному курсовому проекті розглядається ГАД, яка складається з 6 ГВМ, автоматизованого складу, та 4 роботів-штабелерів, які виконують транспортування деталей між ГВМ та між складом та ГВМ.

Структурно-компонувальна схема даного ГАД має наступний вигляд:

Рис. 1 Структурно-компонувальна схема

Вихідним завданням до курсового проекту є матриця деталеоперацій. Оброблюється 14 деталей з наступною номенклатурою операцій, яка проводиться над кожною з них.

Таблиця 1

де Тi - токарські операції 

Сi - свердлильні операції- фрезерувальні операції

Рi - операції нарізки різьблення

Структурно-технологічна схема ГАД з урахуванням того, які операції виконуються на кожному з ГВМ, має такий вигляд:

Рис. 2 Структурно-технологічна схема

Основні параметри ГАД наступні:

Таблиця 2

.2 Постановка задачі проектування СОУ ГВС

Організація оперативного управління підприємством неможлива без деталізації виробничої програми випуску продукції за часовими інтервалами в межах встановленого планового періоду. Реалізація цієї функції здійснюється задачею календарного планування, результатом розв’язку якої є часове упорядкування комплексу запланованих робіт програми. Часове упорядкування виражається у визначені строків початку та завершення виконання робіт, тобто календарний план визначає, скільки продукції необхідно виготовити у кожному інтервалі встановленого періоду. У ГВС оперативний плановий період, як правило, не перевищує місячного терміну, а строками запуску-випуску є такі часові інтервали: декади, тижні або дні.

Математичною формою представлення задач даного класу є лінійна дискретна оптимізаційна модель, а методологією розв’язання - цілочисельне програмування.

Об’єктами процесу планування є роботи - технологічні операції, партії деталей, для яких необхідно встановити порядок проходження через обладнання при фіксованих технологічних маршрутах обробки.

Формально задача подається таким чином.

Номенклатурний перелік продукції, яка виробляється на m групах () обладнання, складається з n найменувань ().

Виготовлення партії деталей кожного найменування заздалегідь визначене послідовністю проходження деталей через групи обладнання, яку називають технологічним маршрутом Gj = ( | ), де  - технологічна операція, яка виконується і-ою за порядком виготовлення j-ої деталі; Mj - кількість операцій, які виконуються над j-ою деталлю.

У маршруті технологічні операції  = (, ) мають такі характеристики:

 = k - номер групи обладнання, налагодженого на виконання операції Lij;

 - нормативна тривалість виконання операції .

Необхідно скласти розклад P = ( | , ), який визначає моменти початку виконання операцій  (моменти запуску партії деталей на одиницях обладнання) і задовольняє системі обмежень:

умова виконання технологічної послідовності:

;

умова виконання технологічних маршрутів;

умова виконання операцій без перерв:

;

умова виконання в кожний момент часу тільки однієї операції на одиниці обладнання:

,

де  - момент закінчення виконання операції .

Розклад роботи обладнання з обробки деталей може бути поданий у вигляді часових діаграм Ганта, в яких відтворені паралельні процеси виконання технологічних операцій з обробки деталей на кожній одиниці обладнання. При цьому кожна одиниця обладнання має свій власний процес виконання операцій, який подається як послідовність у часі відрізків - технологічних операцій обробки відповідних деталей, про що робиться відмітка над відрізком. Тобто, у діаграмі горизонтальна координата відтворює час, а вертикальна - номер обладнання.

Пошук найкращого розкладу виконується за критерієм ефективності, вибір якого індивідуально залежить від економічних, організаційних та технічних особливостей роботи конкретного виробничого підрозділу в умовах досягнення найбільших показників господарської діяльності. Відомо, що від структури планованого розподілу деталей по обладнанню (переналадок у просторі) та розміру партій деталей (переналадок у часі) залежать значні виробничо-господарські показники. Тому процес побудови критерію ефективності складається з визначення показника оцінювання та вибору форми виразу оцінки в залежності від економічних умов організації виробництва. Найчастіше показником оцінювання в критерії визначають час виробничого циклу, фондовіддачу обладнання, обсяг незавершеного виробництва, а формою оцінювання - сумарне, максимальне чи мінімальне значення показника або його середнього значення за плановий час.

Організація оперативно-диспетчерського управління виробництвом ґрунтується на деталізації по виконавцях раніше розрахованого календарного плану випуску продукції в межах заданого планового інтервалу. Реалізація цієї функції здійснюється задачею оперативного планування, результатом якої є просторове та часове впорядкування комплексу запланованих робіт. Просторове упорядкування виражається у визначенні кожному виконавцю поопераційного плану робіт, а часове - встановлення черговості надходження або терміну виконання робіт.

У ГВС оперативний плановий інтервал, як правило, не перевищує зміни (доби), а виконавцем є технологічне обладнання.

Математичною формою подання задач даного класу є дискретна оптимізаційна модель, а методологією розв’язання - дискретне лінійне програмування (ДЛП) та імітаційні методи дослідження.

Аналіз складеного розкладу роботи обладнання ГВС передбачає його сіткове моделювання з використанням апарату сіток Петрі з наступним дослідженням властивостей сіткової моделі, пошуком вузьких місць і конфліктів при роботі устаткування. Дослідження завершується рекомендаціями з налагодження системи оперативного управління ГВС, усунення помилок, допущених при проектуванні.