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

Коректність побудованого розкладу визначається наступними вимогами до управління:

управляючий процес не повинний приводити до тупикових ситуацій при виконанні виробничого процесу (не можна подавати нову деталь на обладнання не звільнивши його від попередньої деталі);

управляючий процес не повинний приводити до блокування роботи устаткування (не можна накопичувати на обладнанні деталей більше, ніж задано його можливістю);

управляючий процес повинний забезпечувати повторне виконання технологічних операцій після їхнього завершення (з врахуванням кількості накопичувачів у гнучкому виробничому модулі (ГВМ), деталь не може були завантажена до вхідного накопичувача, доти ГВМ не стане вільним, а також деталь не може бути оброблена на ГВМ, доти не звільниться вихідний накопичувач).

.3 Аналіз та вибір методів дослідження

1.3.1 Методи розв'язання задачі оперативного управління ГВС

Усі методи розв’язання задач цього типу умовно розбивають на наступні основні класи:

аналітичні методи, які ґрунтуються на апараті дискретної оптимізації;

імітаційні методи, які ґрунтуються на імітації роботи об’єкта планування та використання повного або часткового перебору варіантів запуску деталей в обробку;

комбіновані аналітико-імітаційні методи.

Існуючі аналітичні методи звичайно прямо або непрямо пов’язані з перебором варіантів, але їх трудомісткість експоненційно залежить від розмірності задачі. Відомі методи відсіювання варіантів типу “гілок та границь” дозволяють зменшити, іноді суттєво, коефіцієнт пропорційності в залежності між трудомісткісті алгоритму та розмірністю задачі і тим самим розширити область практичного застосування алгоритмів перебору. Однак експоненційний характер цих алгоритмів для задач у загальному вигляді залишається незмінним. Проте існує клас окремих задач оперативного планування, що мають аналітичні алгоритми вирішення неекспоненційного характеру складності. Ці задачі мають обмеження у застосуванні, пов’язані з вихідними умовами задачі, наприклад, однаковий час або маршрут обробки, обмежену кількість обладнання - від однієї до трьох одиниць технологічного устаткування тощо. Тобто ефективні аналітичні методи існують тільки для простих випадків формулювань задач оперативного планування.

Типовим представником таких задач, в яких відображаються найбільш поширені умови виробництва, є задача Джонсона “про два верстати”, що має оптимальний алгоритм розв’язання.

Для розв'язання задач при багатомаршрутних технологічних процесах для практичних цілей частіше використовують евристичні алгоритми складання розкладів на базі вирішуючих правил в режимі імітації роботи виробничої системи. У цьому режимі виконуються паралельна (одночасна) побудова діаграм Ганта для усіх одиниць технологічного обладнання, які беруть участь у процесі планування.

.3.2 Методи розв'язання задачі оперативно-диспетчерського управління

Оперативна диспетчеризація зв’язана з визначенням фактичних моментів запуску деталей у виробництво та їх надходження на технологічне устаткування. При цьому враховуються витрати часу на підготовчо-заключні операції, переналагодження, операції обслуговування та транспортування. Оперативна диспетчеризація здійснюється в реальному масштабі часу на підставі результатів оперативного контролю і встановлених планових графіків запуску-випуску деталей.

Існує два підходи до рішення задачі оперативної диспетчеризації:

формування диспетчерського управління за синхронною моделлю.

Порядок функціонування системи, тобто виникнення деяких подій, визначається і зберігається таким же, як і запланований у моделі;

формування управління за стратегією транспортного обслуговування.

Порядок функціонування системи визначається оптимальною стратегією розв‘язання конфліктних ситуацій у наданні транспортних засобів для виконання обслуговуючих операцій за рахунок прямої диспетчеризації.

Тому обрана модель поведінки (у вигляді синхронної моделі або стратегії) і оптимальна стратегія повинні бути результатами розв’язку задачі оперативного планування при складанні розкладу роботи технологічного устаткування. Однак, особливості реалізації задач оперативного планування та оперативної диспетчеризації тісно взаємозв’язані, оскільки вибір алгоритму диспетчерського керування суттєво впливає на тривалість проходження партій деталей через виробничу систему, а отже, і на заплановані терміни запуску-випуску деталей на технологічному устаткуванні. Крім того, чим точніша процедура призначення планових термінів, тим простіше реалізуються алгоритми диспетчеризації, оскільки вимоги до обсягу додаткової оперативної інформації при прийнятті рішень істотно знижуються. Однак зростають обчислювальні витрати на розробку точного розкладу.

Безпосередньо ходом виробничого процесу керує підсистема оперативно-диспетчерського управління, що відповідно до обраного підходу (або при оперативному плануванні детально проробляється план роботи всього комплексу обладнання або визначається тільки план роботи технологічного обладнання та встановлюється стратегія диспетчеризації) реалізує спланований розклад роботи технологічного устаткування. Критерієм роботи такої системи є дотримання строків запуску-випуску деталей на технологічне обладнання відповідно до розробленого системою оперативного планування розкладу роботи за рахунок своєчасного транспортного обслуговування заявок, що надходять від технологічного обладнання.

2. Проектування алгоритмичного забезпечення системи оперативного управління

2.1 Розробка інформаційних структур данних задач проектування

Для того, щоб ефективно налагодити систему управління виробничою ділянкою і, звичайно ж, сам ГВС необхідно визначити:

номенклатуру деталей обробки;

у якій послідовності і на яком устаткуванні;

кількість транспортних модулів;

схему здійснення транспортування об'єктів виробництва.

Для складання розкладу роботи технологічного устаткування необхідно визначити технологічний маршрут для кожної деталі, що містить у собі порядок проходження ее через технологічне устаткування ГВМ і час обробки на одиниці устаткування. Порядок проходження деталей через технологічне устаткування визначається відповідно до переліку операцій, виконуваних над ними і схеми проходження деталей по виробничих модулях.

Запишемо матрицю маршрутів

Таблиця 3

Час виконання кожної операції залежить від її складності, що визначається типом операції і розмірами оброблюваної поверхні. Самій складній операції із 100% поверхнею обробки присвоюється значення 1. Частіше за все перші операції в технологічній схемі обробки деталей мають найбільшу складність за часом виконання тому, що пов'язані з підготовки поверхні до виконання наступних операцій. Це операцій токарської обробки.

Всі наступні операції порівняно з ними мають меншу складність обробки. Слід зазначити, що деякі токарські операції можуть мати однакову складність, якщо виконуються на ГВМ підряд (це випадок виконання на одному ГВМ однакових за функціональним призначенням операцій з двох сторін деталі за дві установки). Свердлильні операції за складністю виконання можна порівняти с токарськими, якщо вони виконуються на повну довжину деталі, в іншому випадку їх складність менша ніж токарських операцій. Фрезерні операцій менш складні ніж токарські та свердлильні. Вони дооформлюють оброблювальну поверхню, тому їх витрати часу і відповідна складність складає 0,3-0,6. Операції різьблення виконуються на поверхнях, які підготовлені свердлильними операціями, але тільки на частину довжини отвору. Тому, їх складність треба визначати менше, ніж складність відповідних свердлильних операцій. Отже, складність виконання операцій представлена в таблиці:

Таблиця 6

У відповідності зі складністю обробки розраховується час кожної операції за формулою:

де - загальна кількість операцій (деталеустановки) об - середній час обробки однієї деталеустановкисл - час обробки складної операції з Копi = 1

Кслj - коефіцієнт складності j-ої деталі, Копi -коефіцієнт складності і-ої операції, що входить в технологічний процес обробки j-ої деталі.

Розрахуємо складність виконання кожної операції і приведемо їх в таблиці 7.

Таблиця 7

Приведемо всі отримані розрахунки в табличній формі:

Таблиця 8

Розрахунок матриці тривалостей обробки деталей

Таблиця 9