автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Анализ и оптимизация систем многостаночного обслуживания в автоматизированном машиностроительном производстве

Г' Г о

2 7 L:

3 "-'Т

Г) jii.cK il it rocynapL i ценны ii yiinuepui 1er

in и

MU l llll Цалеишн Михаииштч

АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ МП С) Г О CIA ( i f > ' i I i ( ) i i > ОБСЛУЖИВАНИЯ H A UTO M A II П11К ) В А И110 M МАШИ ПОСТ'РОИ ( Ы1ЫЮМ И РОИ 'МО/Ц ¡ BP

Спениальносш: 05.02.(18 • "Тсхнолотл мапшнопроеипа '

05.03 01 - "Процессы механической il .¡пьико-техническои eopaño к. и, ciaiiKii и iiiiupyuein ''

Ainopei|>epai micceprauiiii на соискание учении слеиени Kaiiniinaia технических наук

I у riet !•>.>/

1'аооы выполнена » Тульском тсударстенном упиверсшеге.

(>Фицпал! т I? (чшоиешы: доь тр технических паук,

профессор П.И.Ппсько:

кпилншп технических наук Н.Н. Ананьев

Н-го, щая ир| апп.пшпя: Государе шен нос научно-пропнюдс шенное

предприятие "См.чав"

Защша сосюигся "30" мая 19')'7 г. в ^¿00 часов на заседании (.иенначтиронанною совета Д 063.47.03 при Тульском (орударпвенном м'птрчт' и- по адресу: 30060(1.1. Гута, проспект Ленина, "2. ауд. 9 '04

С .■¡нсггртямиеН можно о;накомшьея н библиотеке Гульп:ою чл'.п.ар! П1(-1Шо| о унпнс)н н гста.

Лсмрсферл I ргпослаи 2.$," лнргля 1()1,7г.

Нам ;!■»! ироиш направлять по указанному адрес- ученом*.

I ¡ц-1 арго ггм>-| ,ч

У'ь.ш Ш I еьрстарт-аи-ипадширонанни/о 1чтг¡а ^

кл.п . допупг — А ЬОраом

/

ОЫЦЛЯ ХЛРЛКТЫЧК ШКЛ ГЛ1.')1 ы

Актуальность темы обусловлена ростом уремия ашom;¡iü i;iияи современного машиностроительного производи чва, ксмда нее большее количество технологических функции пыпочнчечея автоматически м. как следствие, существенно увеличивается количество станков. контролируемых и обслуживаемых одним рабочнм-начадчш ом, который С1ПНОВИ1СЯ важнейшей птае-мообразутош'чт спя'ьет ;r;:i очреле лепного количгава слитш оборудования В mus усдоиияч '-he,с но ванная и целенаправленная peí ламентация.ею дейстий может oóei'ni'-чнгь существенный эффект повышения производительности i таночнон системы.

Экономически обусловленное существование рамичиьгх уроиж-и автоматизации произвол:! за обуславливал ?!пч:пем! н\ю пчрпип-nocib разделения функции по обслуживанию ; íanrru между лю'н.чн i: автоматическими устройствами. ч'о сучиеспч-чпо расширяет обласи-иоиска опшмальных проектных решений.

Проблема эффективной жеилуатаинй тех но ч( и пческого оборудования обус ¡онлена тем. чю оно в современной •жономико-нраноччй ситуации является имуществом хозяйствующих субьекюп, a i ¡? нчм-тельно составляет налогооблагаемую базу. Любые пропои ot">.>¡>■- ■•>-пания и этих условиях могут cían, причиной прямых \бьикон пни упущенной выгоды. Поэтому обслуживание, как совокупность не ¡е-иапранленпых действий. направленных на возобновление проитчочи-телытго функционирования станком, является важнейшим фактором производственного процесса, конечной целью которою янляекч получение максимальной прибыли.

Цель работ включается н повышении »ффекпишопп ikti»ü!, зования металлорежущих станков в современном машиностроительном производстве за счет применения оптимальных систем многое: i ночного обслуживания.

Методы и средства исследования. Теоретические иесчедоьлпп выполнены с применением общей теории систем, теорий i рафии, на дежности, массового обслуживания, вероятностей и математической 'статистики. Использованы результаты виртуальною эксперимента на базе метода статистического моделирования с применением чйслеппых генераторов псевдослучайных величии. Использованы ретучьтаты эксплуатационных исследований станочных систем в пении)юнн-м производстве.

Научная ношона работы состой i в обосновании п разраооп-е модели многостаночного обсиужппання, -адекпашо \чиiываюшен распределение длите.чытосш обслуживания и интервала безоткатной работы с произвольным коэффициентом нарнаини. компоновка ii;i ночной системы, маршруты обслуживания и дисциплину обс.э\жнин-

ч

пин, ооылпиую и функциональную специализацию при обслуживании, разные уровни ашоматизации процесса обслуживания.

Нракшческии ценность заключается в разработке методики ана-пиза ¡i опшмишцни систем многостаночного обслуживания ориентированной на непосредственное, использование в инженерной практике с применением персональных компьютеров.

Рсалшаиня рабо1ы заключается в использовании разработанной методики для инженерного анализа и оптимизации многостаночного обслуживания при эксплуатации ароматизированных станочных систем на тульском заводе "Штамп".

Апробации работы. Основные результаты диссертации докладывались на ныездном заседании Головного Совета "Машиностроение" Министерста общего и профессионального образования Российской Федерации.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 статьи.

ОГн.см и с i рук i ура диссертации. Работа состоит из 4 глав и ос- _ новных выводов, изложенных на 169 станицах, содержит 19 таблиц, 34 рисунка, список лшературы из 89 наименований и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой шанс произведен анализ эволюции моделей и методов ;трукгурно-параметрическото проектирования многостаночных сис-к'м машиносгроительного производства. Большинство исследований, содержащихся в работах Владзиевского А.П., Шаумяна Г.А., Эрпшер" Ю.В.. Волчкевича Л.И., Гусарева В.Г., Черпакова Б.И., Султан-Заде Н.М., ПаЛко H.H., Мартынова Ü.B. и др.,. полностью игнорируется или некорректно или недостаточно полно раскрыто влияние много-сгапочною обслуживания, как важнейшего системообразующего фактора, определяющего эффективность эксплуатации станочной системы в целом. Поэтому в настоящее время lie существует методов анализа и оптимизации систем многостаночного обслуживания, адекватно отражающих комплекс факторов, определяющих эффективность эксплуатации металлорежущих станков в современном машиностроительном производстве и ориентированных на непосредственное использование в инженерной практике.

Рассмотрены актуальные задачи и проанализированы основные направления исследований по анализу и оптимизации систем многостаночного обслуживания в автоматизированном машиностроительном производстве.

Для современного машиностроительного производства харак-крны. самые рлзные'урошш автоматизации станочных систем и их структурно-компоновочных решении. Однако первым уровнем обра-

зования системообразующих связей за счет миотостапочно! о .обслуживания является участок - группа паралиелыю рабоьношпч аапьов, объединенных единой системой обса) линалня, осупксасыемол о людьми 11 (или) автоматическими yLipoikiiia.Mii, управляемыми ¡сак пи жесткому циклу, так* и ситуационно. Причем содержание обслуживания можег бьпь самым рашооорачным: ра н рузка <ш рутка станков, усIранение отказов, замена, подпала зка и- ре1 улнровка режущего ни- . сгр\мента! управляющей аппаратуры и 1.д.

Обоснована необходимость использования пая инженерною апатита епс1ем мно1 остапочно! о обслуживания веролпыептых молелен, «Зеспечивающих расчет параме!рон случайного разброса обьема выпуска деньте!) участком за заданный ншервад времени с учсым случайного разброса длительное!и шпервала бенпка тон рабипз с1анкои и длительности пч во« мншвленпи.

Установлено, что в современных условиях модели мпотсчаноч-ного обслуживания, ориентированные па иенолыовинпе и инженерно!! практике, должны адекватно о ¡ража п.

- разные уровни автоматизации нрон шопе тва, ко! да обслуживание осушесптляеюя плн только людьми. или людьми и ашомашче-СК11МН у с фойствамп, или только ашиматческнмн уа роис щами;

- проитвопыюе распределение длителыюс'ти Интервала бстои.лт ной работы с гаи кои И времени их восстановления как при выполни.нн операций раз1 ручки-шрузхи счанков, 1ак 11 при выполнении р.1601 по ус!рапепию отк.иов, замене и нолпачалке р^-ж^щлч инструментов п лр.:

- временные затрат на перемещение чбьекчл и. тзчюитето обслуживание, между обслуживаемыми обьек тами;

- особенное п) компоновки сшночнон системы,

- дтниилнну обслуживания: ситуационное обслеллшапне но та! 11 л д от ближайше! о и ли ранее о] к а та никто сыпка, а также об. лужн-ванне по заданному маршрут);

- маршрутизацию оислуживании с учетом прооранелвенно временных характеристик сличемы и и роле ».т *>•>% г, кивания.

[5 евлш с н ¡ложен.чым в р.абоп; сформулированы < лел\тощие ¡.I лачи исследования:

1 .Теоретическое ткелсдоваиис нропсиов дскрмннироналною мтил о-станочною об'слу'/мшанпя, котла, случайными факторами можно нренсбреч!.

' Разработка меюдов псл1ска прост,шм.ч решений ооеитечипаюпш.ч наивысшую тффектлнноегь дек рмннн'ротинцот <•> нрмьиа ,'.11101 ч станочнот о обслуживания. * Георешческое исследование верояпмешо! о пропала мши ос>лноч-пою обслуживания, с ».четом иажнейпшч флтчоров. мц«' ¡еичюшнч ею |ффек(шитоеи.

4 Разработку Ориентированно!! на использование в инженерной практике модели вероятностного процесса многостаночного обслуживании, адекватно отражающую реальный процесс функционирования станочных систем и процессы обработки на металлорежущих, станках.

:> Исследование закономерностей влияния основных элементов системы многостаночного обслуживания на ее эффективность. 6 Разработку инженерной методики целенаправленного выбора Проектных решений и оптимизации систем многостаночного обслуживании. - '

Во второй гласе рассмотрены детерминированные модели многостаночного обслуживания, когда разброс длительности обслуживания шигрвала ;безо1 казной работы пренебрежительно мал. Рассматриваются системы многостаночного обслуживания как наладчиками, так и / роботами. Введено важное для дальнейшего исследования понятие -длительность цикла обслуживания, под которым понимается время Т.«с, необходимое для последовательного однократного восстановления всех станков участка. • Теоретически обосновано условие, при котором исключаются по 1 ери временных ресурсов, связанные с ожиданием обслуживания:-

Тобс<Т+Тв. , (1)

где Т - длительность безотказной (безостановочной) работы станка, Тв - время восстановления станка. Длительность цикла обслуживания зависит от количества станков, времени восстановления, времени, затрачиваемою на перемещение от стайка к станку, т.е. от пространственно-временных связей в системе. При увеличении зоны обслуживания, время перемещений при обслуживании увеличивается, и в этом случае необходимо учитывать пространственно-временные характеристики процесса.

Сформулирована, задача определения длительности цикла для учапка любой компоновки, предусматривающая определение миаи-малиюю маршрута. Теоретически доказано, что и любом случае су-' шествуе! минимальное количество станков Мх, обслуживаемых без ожидания, зависящее от длительности безотказной работы Т и времени восстановления Тв станка, размерных харак1ерпстик компоновки папочной системы, ¿ременных характеристик процесса обслуживания Получены аналитические зависимости для расчета макспмально-ю иоличеава панков, обслуживаемых без ожидания для наиболее распространенных струкзурно-комцоновочных решений. Предложено общее ал!оригмическое решение задачи определении М* для любой компоновки участка. Модель пространственных связен ни заданном

количестве станков М представляется в виде матрицы дтгин офенчоп, образующих маршрут перемещения при обслуживании: 1ц кг ... 1ш

1г2 ... 1гМ

Poll =

121

(2)

1ш Ьм ... .1мм

Алгоритм предусматривает автоматическую генерацию вариантов маршрута, как перестановку чисел от 1 до М. Для каждого сгенерированного варианта маршрута рассчитываются его длина и длительность цикла обслуживания, проверяется выполнение условия (1). При целенаправленном варьировании вариантами маршрута и количеством станков находгпя одновременно оптимальный маршрут и максимальное количество станков, обслуживаемых без ожидания.

Разработаны модели для наиболее характерных схем автоматического многостаночного обслуживания параллельно работающих станков самоходными промышленными роботами, которое чаще всего применяется для разгрузки-загрузки станков. Получены аналитические зависимости, для расчета Тобс и Мх в зависимости от длительности элементов цикла обслуживания, размерных характеристик компоновки участка.

Проведено исследование влияния струкгурно-компоног.счного решения участка на эффективность системы обслуживания на примере различных вариантов участка, обслуживаемого одним двуруким роботом н двумя однорукими роботами. Показано, что только за счет структурно-компоновочных решений удается обеспечить существенные резервы многостаночного обслуживания без потерь времени на ожидание. Здесь же показана возможность получения существенных резервов обслуживания без потерь на ожидание за счет применения оптимальной последовательности обслуживания станков. Так, например, в случае обслуживания участка из М станков двумя однорукими роботами оптимальный порядок обслуживания станков определяется схемой:

... ,'М

1->Мт*2-» (М-1) ->3-> (М-2 ) -> . .

N1

, -->

2 -

+ 1

->1

Показало, что выигрыш от применения оптимальной последовательности обслуживания возрастает с увеличением количества обслуживаемых станков.

В главе получены аналитические зависимости средней производительности участка в ог количества станков, компоновки участка, последовательности обслуживания, скорости перемещения обслуживающего объекта и т.д.

(3)

Помученные результаты позволяют исключить потери времен ньг< ресурсом ь системах уже на стадии их проектирования за счет применения проектных решений, обеспечивающих многостаночное обслуживание без потерь на ожидание.

li третьей маис проводятся исследования, построенные на базе вероятностной концепции процесса многостаночного4 обслуживания, в наибольшей степени соответствующей реальности, что подтверждается результатами эксплуатационных экспериментов. Поэтому считается, что длительность обслуживания станка является случайной величиной с плотностью распределения f(t), средним значением Т„ и коэффициентом вариации vB Процесс функционирования станочной системы рассматривается также как вероятностный, полому в качестве важнейшем характеристики процесса рассматривается плотность распределения обьема выпуска деталей за время t, которое является асимптотически нормальным

ft,g) Л ^

Ut' V2nDG(t). P[ 2Do(t)

!i чюбой организационно-экономической ситуации интегрированным показателем учасг.;а явпчется гарантированный с заданной ¡■сроятностыо у обьем вьшуы.а обработанных деталей Gy(t), который рассчи т ывиется в результате решения уравнения

'Jf,(g)dg = у. ' (4)

0,(1)

где у вероятность гарантии,.т.е. вероятность того, что фактическим обьем выпуска деталей G(t) окажется больше. Gy(t). Асимптотическое решение уравнения (4) имеет следующий вид:

Gï(0 = q(t - syKaVt),. (5)

(,чс q - средняя производительность; 6У - квинтиль нормированного нормально] о распределения; Ка- аритмичность процесса.

Действие вероятностных факторов, обусловленных процессом Функционирования оборудования и самим процессом резания, не позволяет исключить полностью потери уа ожидание обслуживания.

Для анализа вероятностного процесса многостаночного обслуживания с учетом действия вероятностных факторов используется виртуальный эксперимент, основанный на методе статистического моделирования (Монте-Карло). Использование этого метода позволяет устрашит, математические трудности при использование' в модели произвольного закона распределения длительности интервала безоткатной работы и времени восстановления станка с любыми ноказате-ччми случайного разброса этих величшц Метод легко реализуется на

современных популярных моделях персональных компькнсроа н может применяться непосредственно в инженерной пракшке. Возможности метода в обеспечении адекватности модели реальным процессам практически не ограничены.

■ Исследуются три варианта дисциплины обслуживания в зависимости от перемещения, выполняемого после завершения обслуживания очередного станка: 1 - к ближайшему станку, ожидающему обслуживание (ситуационное обслуживание по дистанционному приоритету); 2 - к следующему станку по заданному маршруту (обслуживание по маршруту); 3 - к стайку, который раньше запросил обслуживания (ситуационное обслуживание по временному приоритету).

С целью построения имитационной модели на базе использования методов теории графов произведена декомпозиция процесса обслуживания, идентифицированы основные состояния элементов системы и возможные переходы между ними (рис. 1).

Рис. 1. Графы сосюяшш элементен системы многое 1апочно)о об служияания: "а" - обслуживающею и "б" - обслуживаемого объект» прч ситуационном обслуживании, "п"'- обслуживающею и "и" обслуживаемого объектов при обслуживании но маршруту

«

Модель идентифицирует следующие состояния обслуживающего ибьекта (наладчика или робота): 0 - ожидание запроса на обслуживание; 1 - обслуживание; 2 - ожидание обслуживания и обслуживаемого объекта (станка): 0 - ожиданце обслуживания, если выполняется обслуживание другого станка; 1 - обработка детали, обслуживание; 2 -обслуживание, 3 - ожидание обслуживания, если обслуживающий объект перемещается к данному станку и два состояния, характерных для обслуживания по заданному маршруту: 4 - обработка детали, если об. с.тужииающнй обьект уже перемещается к данному станку: 5 - обработка детали, если обслуживающий объект ожидает около данного станка ею остановки.

В качестве модели пространственных связен в системе используется матрица альтернативных элементов маршрута (2).

Для идентификации состояний виртуального процесса используются двудольные графы, называемые сетями Петри. Алгоритм статистического моделирования обеспечивает автоматическое определение виртуального времени моделируемого процесса, обеспечивающего заданную точность.

Исследования, проведенные при помощи разработанной модели процесса многостаночного обслуживания, показали, что простои, связанные с ожиданием обслуживания в случае действия случайных факторов исключить полностью нельзя. Однако их можно уменьшить до экономически оправданного уровня за счет применения оптимальных проектных решений.

Показано, что увеличение степени случайного разброса длительности восстановления отрицательно влияет на процесс функционирования станочной системы в целом, В частности, заметно снижается коэффициент использования станков, повышается аритмичность процесса и сокращайся гарантированный объем выпуска деталей за конечный -интервал времени (например, за смену). Поэтому любые технические н организационные мероприятия, направленные на снижение случайного разброса длительности обслуживании имеют смысл (если, конечно, затраты.на их проведения компенсируются полученным снижением меры риска).

Исследование зависимости коэффициента использования обслуживаемых станков и гарантированного объема выпуска детален участком от количества станков, показывают, что должно существовать оптимальное количество станков, обслуживаемое одним обслуживающим обьектом.

Сравнение результатов виртуального экспериментов дня разных дисциплин обслуживания показывают, что и каждом конкретном случае существует некоторое критическое количество станков, ниже которого выгодно обслуживание по заданному маршруту. ;; выше си-тнигчшпе обслуживание но временному приоритет'.'

Сравнительное исследование двух вариантов ситуационною обслуживания (но дистанционному и по временному приоритетам) также показывает, чго существует количество станков, выше ко юрою первый вариант имеет преимущество над вторым. Причем с увеличением количества станков это преимущество возрастает.

Однако ситуационное обслуживание по дистанционному приоритету имеет существенный недостаток - не обеспечивает равномерной загрузки всех станков участка. Например, при количестве станков М=6, коэффициенте вариации времени восстановления \'„-~0,5 и средней производительности участка 155,8 шт./ч, она распределилась между станками следующим образом: 30,1; 32,1; 33,К 32,0; 20,1; 7,6 ни /ч. При меньшем разбросе длительности обслуживания (-.'„=0.25) эта тенденция только усиливается: при средней производите;!! ности учаика 156,7 шт./ч она рашределяется по станкам следующим образом: 33,7; 34,3; 34,5; 34,4; 14.0; 0,7. Два других регламента обслуживания оГнхне-чивают равномерную загрузку всех станков участка по производительности.

Если время на перемещение обслуживающею обьекгл ср-.тинмо с длительностью обслуживания, го показатели системы существенно зависят от компоновки станочной системы. Причем 'разработанная модель пространственных связей (2) позволяет модепирзилп. тир^ме шения обслужш ающето объекта при любом компоновочном р«*н(г тт.

0,0 Т----

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0.2 0,1 О

--В--2

0,25 0,5 0,75

Коэффициент вариации Т

1'!тс.2. 'Зависимое 1ь коэффициента ипю.п.тонапин сшикаи тн ¡ффициеша вариации V ипюрьала безотказней работы паж.-а '!■ дчи вариантов обслуживания: i - ситуационного но лш'.'р^и'мншнму "!>"• орлтеэу и "2 - но заданному маршруту

Серии виртуального эксперимента показали, во-первых, хорошую чувствительность метода к различным вариантам компоновки ■ станочной системы, во-вторых, необходимость использования данного метода непосредственно и инженерной практике для анализа каждого конкретного проектного решения, в третьих, необходимость применение технических решении, обеспечивающих снижение степени разброса длительности обслуживания и интервала безотказной работы станков [4,5].

. В результате исследования влияния фактора случайного разброса интервала безотказной работы показали (рис. 2), что ситуационное обслуживание значительно эффективней и случае существенного влияния на процесс случайных факторов. Причем при усилении влияния случайного.фактора преимущество ситуационного обслуживания растет.

При исследовании влияния отказов оборудования и режущего инструмента анализировались следующие варианты обслуживания в зависимости от перемещения, выполняемого наладчиком после завершения обслуживания очередного станка: 1 - к ближайшему отказавшему станку (если все станки исправны, то он остается в прежней позиции); 2 - к следующему станку по заданному маршруту (если следующий станок еще работает, то он ожидает у станка его отказа и затем восстанавливает станок); 3 - к станку, который отказал раньше друтх (если опсазасших станков нет, то он остается ь прежней позиции); 4 - к станку ио заданному маршруту (если станок, к которому переместился наладчик, работает, то он не ожидает отказа и перемещается к следующему станку по маршруту).

Результаты'исследования показали преимущество первого варианта обслуживания из вышеперечисленных и заметную неэффективность второго."Однако первый вариант дает описанный выше Эффект неравномерной за! рузкмттанкоп но производительности.

Выполнено исследование системы обслуживания участка несколькими наладчиками при следующих вариантах специализации: 1 -наладчики обслуживают участок совместно, станки не закрепляются за наладчиками, каждый из них выполняет все работы по обслуживанию (совместное обслуживание); 2 - наладчики делят станки участка между собой, каждый обслуживает только свои станки (объектная гпениашмлция); 3 - наладчики специализируются по типам отказов (функциональная специализация).

Анализ ре ¡упл атив исследования влияния количества наладчиков, обслуживающие станки >ч.1стка, на его выходные показатели сьидгчельствуег о существовании оптимальною проектной) решения.

Во всех случаях совмеспюе обслуживание эффективней обслуживания со специализацией, как объектной, так и функциональной. По нону шобая специализация имеет смысл только в тех случаях, ко

гда она обеспечивает интенсификацию процесса восстановления работоспособности станков.

Специальное внимание уделено, случаю, когда работа но обслуживанию станков делится между автоматическими устройствами и наладчиками, например, робот может выполняй, операции разгрузки-загрузки станков, а наладчики - устранение'отказов. Причем для робота и для человека имеют смысл одни и те же варианты дисциплины обслуживания. Однако в этом случае необходимо рассматривать более обитую модель пространственно-временных * связей. Понятие "ближайший по маршруту объект" заменяется на более общее понятие "ближайший по времени объект". Это дает возможность учитывать затраты времени, связанные с дополнительными перемещениями н операциями, предварительно выполняемые перед непосредственным обслуживанием очередного станка. Для робота это перемещения к выходному и входному нало.гителям, для наладчика - за ремонтными комплектами и т.д. тогда пространственно-временные связи системы обслуживания описываются матрицей временных отрезков

|Ти'

Тп Ты ... Т,м

Т?1 Ъг ■■■ Ъм

(61

|Тм1 Тмг ••• Тмм

Причем элементы матрицы для робота являются детерминированными и определяются временными характеристиками никла, а для наладчика они могут случайными величинами с соответствующими параметрами разброса.

Исследования показали, что все сделанные ранее выводы относительно преимуществ систем обслуживания сохраняются и в данном случае. То есть предлагаемая модель адекватно отражает разные уровни автоматизации процесса многостаночного обслуживания.

В четвертой главе решаются задачи оптимизации системы мною станочного обслуживания, которые в зависимости от действующих ограничений классифицируются на три группы. Первая из них характерна для действующего производства, когда не подлежат варьированию количество станков и компоновка станочной системы, пторчя группа задач допускает изменение компоновки станочной системы в рамках, например, общей перепланировки цеха в связи с изменением технологических потоков.-Третья группа задач характерна для стадии проектирования, когда могут варьироваться количество панков, компоновка станочной системы» модели станков, вид авточаппаиии обслуживания и т.д.

Задача оптимизации формулируется следующим обраюм: участок за заданный интервал времени 1„ должен обеспсчт, максима.тт-

hw с таран шей у прибыль Э за счёт выпуска деталей по цене Цл за шгуку.

Установлен основной кршерий поиска оптимальных проектных решений. Это переменная часть прибыли, получаемой за заданный период премени. При решении задач на стадии эксплуатации выражение для критерия оптимальности имеет вид

Э = Цл min(Gr(tii),Gcn) - CeGT(tnj - 0, (7)

где Сд - это себестоимость детали за вычетом зарплаты наладчиков,

учитываемой отдельно в затратах 0 , которые при оптимизации количества наладчиков рассчитываются по формуле

© = C„t„N, ^ (8)

где Си - часовая зарплата наладчика, N - количество наладчиков на участке в одну смену, tn - продолжительность планового (кон т рактлого).периода. В общем случае. 0 учитывает затраты, непо-средствепно зависящие от варианта обслуживания, но не зависящие от количества обработанных дета чей. Если у наладчика повременная оплата труда, то его зарплата учитывается в затратах 0 , если сдельная оплата труда, то в себестоимости Сд.

На стадии проектирования необходимо учитывать амортизационные и нале» овые отчисления:

Э -- lInmHl(Gy(tn),Gcn - Сд Gy(tn) - © - СкапКао-СобБкал, (9)

где С Van - капитальные затраты, Као - норматив амортизационных отчислений, Соб - стоимость оборудования участка*, ¡Энал - норматив налоговых отчислений.

Объем платежеспособного спроса (или контрактной поставки) СКи за время t;n является главным ограничением области поиска проект ныл решений. В любом случае должно выполняться условие

Gy(tn) > Gen. , (10)

Алгоритм оптимизации системы обслуживания предусматривает 1енерацию ее варианта (автоматическую или б диалоговом режиме)! расчет для него гарантированного объема выпуска деталей путем сга-1нс1ичсского моделирования работы'участка, выбор вида критерия, проверку вариантов по условию обеспечения заданного гарантированного объема выпуска деталей, расчет значения критерия оптимальности (затраты или прибыль), отбор варианта с лучшим показателем критерия.

Исследование оптимальных проектных решении показали, что варианты детерминированното обслуживания с минимальным значе-

нием длительности цикла обслуживания являются ошимальными и но экономическим критериям.

Оптимизация количества наладчиков при совместном обслуживании ими всех станков участка показывает, чю максимум прибыли достигает при вполне определенном количестве наладчиков н зависит от платежеспособного спроса или объема контрактной поставки. Причем увеличение количества наладчиков сверх оптимального приводит к снижению прибыли дли даже к убыточности.

Предложенный алгоритм оптимизации позволяет учитывать раз личные частные случаи, такие например, как раздельное обслуживание несколькими наладчиками или их функциональную специализацию. Исследования показывают, что в случае объектной специализации существует оптимальный вариант разбиения участка на группы станков, при котором обеспечивается наибольшая эффективность обслуживания. Предложен алгоритм генерации вариантов группирования станков с целью выбора оптимального по экономическому крте рию.

Рис. 3. Графики зависимости прибыли от количества наладчиков при 1- совместном обслуживании; 2 - объектной специализации; Л -функциональной специализации

Сравнение проектных решений для разных видов разделения груда по обслуживанию участка показал (рис. 3), что наиболее эффективным с точки зрения экономики процесса является совместное обслуживание всех станков участка универсальными взаимозаменяемыми наладчиками. Худшие показатели дает система обслуживания с функциональной специализацией. Однако, если сиениашпапня обеспечивает интенсификацию процесса обслуживания станков, то она

мо.-кст обеспечить повышение л|>фск ¡ ивнос г i f процесса и экономпче-¡ кои »¡.и оды oí применения соответствующей системы обслуживания.

OCHOBHblL ВЫВОДЫ

i. Актуальность проблемы развития инженерных меюдоь анашиа н оптимизации систем многостаночного обслуживания обусловлена ростом уровня автоматизации современното машиностроительной) производства, объективным существованием производств с различны« уровнем авшмлшзацип, необходимостью обеспечения максимальной эффективности использования технологическою оборудо- ■ к.шии в усчокиях, ko'i да оно является имуществом хозяйствующего еубьекта и частью шиил ооблат аемой базы. ~ Дек-рмнпиронанные модели многостаночного обслуживания зф-феытшж.т при апалтпе робототехнических систем обслуживания, так как время выполнения робоюм транспортных и зафузочных операции nueei пренебрежительно малый разброс Важнейшим критерн-е;.т при анализе детерминированных систем мпоюетаночтюто об-п; .Мишин» является длительность тшк:та обслуживания. .Она «ши-C1Ü см количества ciaiiKo» и компоновки станочной системы, после-14 iti.ireiii.iiocл и и маршрута обслуживания, длительности обслуживания одною шапки, скорости перемещения обслуживающего обь-eki.¡. Проектное решение, обеспечивающее минимальную длшель н.мп, цикла об; лулаша'нпя является оптимальным, í Потерн времени на ожидание обслуживания исключаются, если дли ¡t.ii.iMui, цнг,ta обслуживания не превышает длительности рабоче-|к mu ¡a станка. Исходя и< пою и каждом конкретном случае на.ко-;,iiiis максимальное* количество станков, обслуживаемых без ожи-.танпя '-iio иоть.шяет у "не на стадии проектирования исключить и) р;н i м.IIретыл варианты компоновки станочной системы, в которых .ато,. сны неоправданные iioiepn временных ресурсов, i Ф.п. i ичесьии со i ем выпуска деталей участком за фиксированный иц.иоч времени являет i Я сиу чайной величиной, поному тлцлштый • »>i>if.4¡ iii.iii). !,а Де i «шеи та /1о! период времени при конкретном вариант.-* (iiiic.Mii Mii-.,. raiiowHoiо обслуживания может бить обес-¡ir'i.'ü ычьи« с .4ipi*'ie,f;*iiiioá нерияпыеик) Для оценки чффеыив ное 11, i и, и: ты ui laii'.'iiioi о о белу.ыт.ишя необчоцимо тиноль

ji.ii.ui, о,н 1-м выпуска детален учаелюм за залаппын период, lapan-. п',|ч,и,нпи lir г.е-рия|iiuciыо определенной с учетом конкретной ¡.¡л .,.411 !,,,;> Ч-->1ММКЛ| ! I.OT1 СП Т >11111111

5.' Обобщенная математическая модель систем многостаночного обслуживания, разработанная на базе метода статистическою моделирования (Монте-Карло), исключает математические трудности при использовании произвольного закона распределения длительности обслуживания и интервала безотказной работы, обеспечивает теоретически любой уровень адекватности модели реальному процессу, и учитывает случайный разброс длительности обслуживания и интервала безотказной работы, отказы станков, различные варианты маршрутизации и приоритетности обслуживания, различные пари-анты специализации при обслуживании .и различную степень автоматизации процесса обслуживания при использовании автоматических обслуживающих устройств. I

6. Существует предельное количество обслуживаемых станков, при котором происходит смена преимуществ одной системы обслуживания по сравнению с другой л ежду ситуационным обслуживанием и обслуживанием по маршруту, между ситуационным обслуживанием по дистанционному и временному гриоритетам. В каждом конкретном случае необходим сравнительный инженерный анализ вариантов проектного решения с применением разработанной модели.

7. С ростом влияния случайных факторов снижается эффективность всех систем обслуживания, особенно обслуживания по заданному маршруту. Ситуационное - обслуживание по дистанционному приоритету наименее чувствительно к влиянию случайны», факторов, но при нем не обеспечивается равномерная загрузка станков участка по производительности.

8. Применение любой специализации при обслуживании обуславливает снижение производительности системы и имеет смысл только в том случае, когда она обеспечивает интенсификацию процесса восстановления станков, компенсирующую потери производительности, связанные со специализацией.

9. При поиске оптимального варианта системы обслуживания необходимо в качестве критерия оптимальности использовать переменную часть прибыли, а в качестве главного ограничения -.объем платежеспособного спроса "(или контрактной поставки за заданный период). В общем случае поиск оптимального варианта состоит в генерации вариантов обслуживания, моделировании работы участка при этих вариантах обслуживания, оценке показателей участка и значения кштерия оптимальности по результатам моделирования, сравнении вариантов и выборе лучшего по принятому критерию.

■ 10.Существует оптимальное количество наладчиков, различное для совместного обслуживания, обслуживания с объектной и функциональной специализациями. Это количество зависит не только си производительности участка, но также от объема платежеспособного спроса (контрактной поставки).

Го

I М'азр.тбошмиыи ясюц ананпа сиосм mhoiостаночното обслужиТза- ' iшь обладает .лоскпо'тпой оошниси.ю, независимо oi функции, пы-молняемых обслуживающим объемом, и уровня автоматизации процесса обсчужипаним. Он чиллетсч эффективным при оценке технических рсшеш'й. обеспечивающих повышение напежносш элементен сктночныч систем н снижение степени случайною разброса длительности <>(Члужиипнин

По 1еме диссертации опубликованы счедуганше работы:

1. Васин С.Д.. Milium В.М. Дс!ерминированнме модели процесса нэанмодепствпя обьеыпои и субьскпюй компонент icxhojioi иче-скпх систем /У I ехнодот ич механической обработки и сборки. Tyjia'

■ ТудГУ, 19% С. 'W-I07.

2. Васин С.Д.. Мтин В.М. Анализ схем обслуживания станков поч-вижныч двуруким роботом // 'J ехноло! ия механической обработки и сборыт. "I уча 1учГУ, 19%. С. 79-N5.

3. Мнтин U.M. Исследование характеристик мнот останочных техно-.401 нчеи:и\ синем // Совершенствование конструкции инструмента и мгчро.ч»!ические аспекты п; пизнодстпа. 'Гула: ТулГУ. 1996. С. 93101.

'1. Л с. о062(-7 С< 'Ci', М. кл.-1 В 2? В "4/40. Устройство дчя закрепления тонкостенные ф\Г» / ».('.Дьчков. Л.С.Ямников, 15.М.Миши и др. -Оп\бт 24.05 79. Г>юч. Л» 7.

5. Л с. I0i'%i3 СССР, МКИ В 23 В 5/14. Трубореэный авюмаг / Л./Uivpnnnon. 1!:М Мнит Опубл. 07.0-1.83. Июл. № 13.

ili-чпмгаип в m-TUt. :<Г С* ф|!(,ч.1Т Лум;ми f>C«K<f I/16. Ьумага типограф. № 2 (1фичпал ш-чщь. Усл. неч.л. i < . Ус.т. кр.-oi.r. /,о . Уч.-над.л. с, j Тираж /» с" лад. .'¡.¡кд:) ■!'/. '

Ту.и.смш ................... yiiiiuc|4"i4. 3VWUU, Тула, прием.. Ленина, '.12.

(опт- (vm-f-auoinoit м> ни рафии Тульской» пк'ударсин-пноги унмнер-CMiCi.i, Лf> i ч.|.), у.г.Ьол,ши,|, (.*>(,