автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизированные системы ситуационного управления гальваническими производствами со сменными технологиями

На правах рукописи

РГБ ОД

Абрамов Дмитрий Валерьевич

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЛБВАНИЧЕСЮ1МИ ПРОИЗВОДСТВАМИ СО СМЕННЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ

Специальность 05.13.07 Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Тамбовском государственном техническом университете

Научные руководители - доктор технических наук,

профессор Каишет Владимир Васильевич

кандидат технических наук,

доцентМилованов Игорь Викторович

Официальные оппоненты;

доктор технических наук, профессор Холодное Владислав Алексеевич кандидат технических наук, ст. научный сотрудник Лесохии Евгений Иосифович

Ведущая организация: Открытое Акционерное Общество

Тамбовгальванотехника «ТАГАТ», г.Тамбов.

Защита диссертации состоится </2000 года в /^ часо на заседании диссертационного совета Д 063.25.11 в Санкт-Петербургском гс сударсгвенном технологическом институте (техническом университете) по а/, ресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26 (ауд. 61)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Отзывы на автореферат, в 1 -м экземпляре, заверенные печатью, просим напран лять по адресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26, СП6ГТУ(ТУ Ученый Совет

Л

«I п »

Автореферат разослан «< » (Л^уТАРЦ 2000 года

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

К665.05Ч-6Ч-5-05,0

В.И.Халимон

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в гальванических производствах широко используется два типа технологических линий - однопроцеса п>ге и мюгопронрссные.

Ощюпроцгсшые линии эксплуатируются в режиме "жесткой" программы управления - циклограммы, когда входной поток постоянен и авгооперагоры выполняют заданную (рассчитанную заранее) шследрвательность действий. СгЕфет отметшь, что да од-юпроцросной линии может быш реализован и так называемый квазимтогопрог (зссный режим с различной требуемой толщиной покрытия (режим "гибкой толщины" покрытия) и, следовательно, с различной продошмгшлыюстью времени обработки деталей

Использование совремеш ых методов уграаншия на базе лингвистических мод елей позволяет значительно говькить эффективность и безапаришюсть од югропессных автоматических линий гальванопокрытия (АЛГ) три любых исходных данных; размеры, состояние шнерхности детали, степень предварительной обработки, постедогсггелыюсгь тсхшшги^ских операций (ТО), минимальное и максимальное время обработай деталей в данной операции, состав ачяаралитот и тд

Мшгопроцрсаые линии совмещают широкий спектр технолошческих процессов и работают как в режиме "гибкой толщины" покрыли, так и в собственно гибком режиме, когда выполняющиеся ш них техполошческие процессы отличаются друг от друга количеством и последовательностью технологических операций. В связи с этим управление мюгопроцесснвй линией гораздо сложнее управления однопроцсссной При этом вешикакгг проблемы ра^забики рациональной маршрутной и опе-ра1лиощюйтехнОТ)гга^атакяс>трж1яюшсйпро1|'>а.ммы.

В современных условиях практически невозможно планирование проияюдова на длительный период го-за неопределен! юсти входного тгока деталей, нуждающихся в обработке на автоматических линиях гальванопокрытий. Повышение эффективности указанных процессов возможно с иагользовшием методов ситуационного управляла в масштабе реального времени. Задча сшуанэ-онного управления заключается в своевременной обработке запросов деталей авгоонерагорами при соблюдении технологических режимов, ограничений и минимизации нарушений качества полученных гокрьпий. Таким образом, использование новых лингвистических модегюй и сшущ тонных алгоритмов при упраплеши авгомапшрованными линиями гатьват шокрьтшй является своеврема!-ной и акгуалыюй задачей.

Цель работы. Целыо диссертации является повышашг эффективности гальванических про-изгюдеш со смсш!Ь1милсх1Юлошями па базе лишвистпческих моделей и дагуационных алгоритмов управления.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи;

• провести анализ автоматизированных линий галт.шт юпокрьпий (АЛГ), как объектов управления и автоматизации;

• разработать концегпуальную модель инфорчиционното обеспечеиия подсистемы угришения АЛГ;

• разработать методту проектирования лингвистических моделей для раработки основных этапов •гею юлогичсских I гра тесав I альвш гических прои-тодгт АЛ";

• разработать алгоритмы реализации маршрутом технология с использованием линпзистической модели и БД гальванического проютэдепа;

• разработать алгоритмы операдаснюй технологии д тя выбора состава электролита, режима и продолжительности обработай с учетам ки клрукпрско-тсяюлогичсских характеристик (КТХ).

• разработать лингвистические модели для реализации ситуационного управления транспортными сюемами одно- и мютотроирссными АЛГ.

Методы исследования. Цри выполнении работы использовались методы матемалнескш моделирования, ш гформащюнные технологии разработки автоматизированных систем, матемашче ских аппарат нечетких множеств и четкой логики, современнее средства обьекшнэриешировашоп программирования, методы теории упршгюмя.

На защиту выносятся следующие положения. 1. Методика разработки лингвистических моделей АПГ на основе логической модели компонента

пред метней области . .

2 Подсистема сшуацтопного унрашхям транзюршыда потоками АЛГ при одногрэдессаэм I мгюгопрошшюмрелсимах работы.

3. Подсистема, авгоманеированшго проектирования операционной технологии для процессов гальванических гроизводетв.

4. Поджтетпроеквровшшятехшшгическихпрон^^

Научная новизна диссертации:

1. Предложи а стратегия оптимизации теаюлогических процессов гальванических производств, состоящая из трех этапов: выбор рациональной маршрупюй техшлэгии, операционной технологам и управляющей программы.

2. В первые разработанные лингвистические модели АЛГ базируются на методах исскуствешюго интеллекта, позволяя при онерагивном управдении АЛГ использовать опыт экспертов-технологов на базе созданной юнцапуальной модели информационного обеспечения гальванических производив.

3. Разработанная юм&шированная лиившлшеская модель ситуационного управления операционной технолаией включает уравнения и соотношения переменных, отражающих количествен! 1угс информацию, а также лингвистический модулу изкпьзующий качесгвешую информацию.

4. Подсистема сигуациот мого управления транспортными потоками однопропессных А} П

5. Подсистема сшуациопш о ут 1раатения чранспоршыми г клоками многапроцессных АЛГ

Пракггическая значимость. Раработанная автомалшрованная систели сшуатфюшаго управления гальванических производств со сменными технологиями позволяет.

• рсатазовап. технологические процессы гатьвахюпяфьпий для «новой» партии дошлей

• корректировать ход прогессов три имегиши сгспши загрязнения, размеров и юифиурацяи деталей

• шдбирагь требуемый состав электролитов и растворов.

• корректировать составы электролитов и растворов.

• осуществлять анализ и кюррекшровагь ход действующих технологических процессов с црлыо обесшчения требуемой трошвсцщгелшости обору/вдвания, качества и стоимости покрытий.

Для реализации методики разработай лишвжгическнх моделей па основе лопреской модам компонентов пралметной области сослана программная годоилша автоматизированного проектирования лингвистических модежй, которая позволила разработать модели дог рада предметных областей, в том числе гальванотехника, компьютер! юе оборудоваше.

Поджлема используется на проижодетве и в качестве учебгаэш пособия для студентов го дисциплинам «Искусственный шгшпекг» и «Информации ное обеспечение САПР».

Апробация. Материалы диссергации докладывались и обсуждали» на заседании международной ночной конференции «Магматические методы в технике и технологиях - ММТТ-12» г. Великий Новгород, 1999; на мевдународаой ночной конференции «Математически: метода в химии и химической технологии» г.Новомосшшк, 1997; на меж^тиродной научной конференции «Математические мстодьгвхимииитсхшлогиях-ММТТ-11» г. Владимир, 1998;

Публикации. Оаюкные тгюмения диссергащонгой работы опубликовании в 13 ночных работах.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, 4 пин, библиографического списка исшльзованшй литературы ( 52 наименования), приложений. Основной текст изложен на 144 страницах, включает 15 таблиц и 45 рисунюа

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введа от обоснована амуалыюегь темы диссертации сформулированы цели, задачи и метода исследования, научная новизна, практика публпикащй, структуры и объема работы

В первой главе проведен анализ гальванических производств со сменными технологиями как объектов управления и автоматизации и сформулированы задачи исследования.

Показано, что в настоящее время в гальванических производствах широко используются даа тиш линий - одюпроцессые и мшюпроцсссньк. Одгюпрсвдххиыс линия характеризуется набором оборудования дня проведения од ного технологическою процесса, например, меднения

Многогпроцессная линия вкшочжт электрохимические ванны дги продления нескольких техюлмичзских процессов (медание, цинювание, хромироетгие и т.д.), а также под готовительные и заключительные операции, общие для всех технологических процессов. Совмещение годплшигеяь-ных и заключительных операций доя нескольких тсхг (алогических гфоцгссов позволяет существенно повысил, эффективность мшгопродасньк линий ш сравнению с оэдэпроцесшыми, выполняющими те же функции Управление т югапроцессной линий является более сложной задачей по сравнению с одаюпроцессной. Существует несколько алгоритмов управления многолроцеешьгчи линиями. Алгоритм управления го степным иикшгралшшг предполагает работу мшгопрацзсаюй линии по нескольким «жестким» программам, дня чего требуется; яичигелыюе время дая переналади линий (рисунок 1) и ведет к снияшию экономических показателей производства. Алгориш иеяэсообразно использовать при небо:ъшам количестве переходов т оц/ га о чей юлгаичесшго про1 тесса 1 а; (рутой.

Технология №

Время персналааки

1Л

Времк работы линии

Т], Т& Т,.- время обработки партии деталей по 1, 2, 3 технологическому ■ процессу

Рисунок 1. Работа многопроцессной линии по алгоритму '!.

Алгоритм управления ш стыкуемым ц иклограммам предполагает работу мгогоолроткссной линии го нескольким циклограммам без оегюбождеттия линии от деталей предощущено технологического процесса (рисунок 2). Алгоритм позволяет существенно сократить время перет шадки

йроыя переналаяхч

I \

\ г-

г.

Врсмнрзботы

ДККИИ

Рисунок 2. Работа многопроцессной линии по алгоритму 2.

Алгоритм упрощения ш обсоленной циклограмме обеспечивает ларашкльную офабэтю деталей ш жскшьким техгквюгиям При этом детали на линию должны псклугшь в строго повго ряюшрйся шешдователыжхли и в строго определенное время (рисунок 3). Достоинством алгоритм являйся отсугсгеис временных потерь ш переналадку.

Технология

т,

Цакдограмма

ъ

та,'

Циклограмма

Т3 Тз.

Ъ

ъ

Т,

Т,

Время работы нянчи

Рисунок 3. Работа многопроцессной линии по алгоритму 3.

Управление многшроцессной автоматической лилией ш описанным вьшхе алгоритмам пред полагает наличие в памяти системы упракюния заршюс рассчитанных пиктограмм шш «переходных» программ управления с заранее зафиксированными госждаашшносшо и временами тюетуппенш деталей ва обработку.

При эксплуатации линий в условиях мелкосерийного и единичного производства, а также, кода процесс госгупгюния деталей на обрабо!ку пост случайный характер, эффективность управление может быть достигаута с помощью гибкой системы управления, обеспечивающей возможность переналадки. Решение згой задачи требует наличия двух алгоритмов: алгоритма управления на осшве оперативного планировали! и алгоритма ситуационного управления. Первый из них базируйся не исшльзовании мшвмаптеских методов теории расписаний и целочислснюго программирования вторсм-щмш1ишвсшушд1юшюгоу1равшияботьшимисис1шами.

Алгоритм операзивдаго планирования должен обеспечить последовательное решение задачи оптимального управлышя входным потоком деталей и опгимальше упранление траняюрпюй силе-мой.

Алшршы ситуационною управления на осшве анализа состояния технологического оборудования и с учетом приоритета технологической операции тзволяег сформировать оптимальную стратегию управления авюоператарами.

Вторая глава посвящена методике разработки лингвистических медалей технологических протестов гальванических производ ив.

Проведены исатедошия по формализации и структуризации информации и разработана концептуальная моле: о, данных предавшей обдасш

Логическая мета модель и логическая; медаль компонентов предметной ойпасш представлены на рисунок 4 и 5. Лопжжая модель является базовой моделью методики автоматизированного проектирования лингвистических моделей.

Она включает в себя ряд шмшненгов описанных в класси}икации.

Рисунок 4. Логическая ыега модель.

Модель создана на основе логических моделей проектирования информационного обеспечения.

Мета структура может быть заполнена для лгобой предметной области экспертом дешюй области знаний.

На основании логической модам данных, описанной при гомощи мета структуры, автоматически генерируется лингвистическая мод ель дшшых, то есть база знаний База знаний задастся факгаг ми и правилами. Факты определяются в терминах «... ЕСТЬ ...», а правила - «ЕСЛИ ... ТО ...» (слово «ЕСТЬ» можно для краткости замсатъ знаком «равна» - «-}>). Сгенерированную базу знаний в дальнейшем мсшю использовать дня тлученш эксперт! юй информации посредством заданного алгоритма вывода

Экземпляры классов

Экземпляры субклассов Требования

Экземпляры свойств

Рисунок 5. Логичгская модель данных.

Функциональная схема алгоршма генерации лингвистической модам га основе логической модели данных пред метной области, преллавлещ на рисунке 6.

Для реализации методики аккштзирешпют проектирования лингвистических моделей ра^забоша программная подсистема автоматизированного проектирования лингвистических моделей. С помощью дангой подсистемы спроектированы линшшические модели для ряда предметных областей (лингвисшчсская модель маршрутной и операционной технологии)

Методика может быть использована экспертом любой области знаний для получения лингвистических математических мотелей три минимальном опыте и знаниях теории логического проектирования информационного обеспечения.

Этапы проектирования технологических процессов гальванических производлв.

Проектирование технолопмгеких процессов осуществляется в три этапа: проектирование маршрутной технологии, операционной технологии и управляющей программы На каждом этапе проектирования произюдится одепка эффективности и рентабельности различных вариантов выполнения еткфапий путем их сравнения. За критерий эффекпллюсти принимается себестоимость по-[фытия ити нроизюдигслыюсть оборудрванш.

Проектирование маршрутной технологии.

На первом этапе проектирования маршрутной тсхшютии уточняются основные харагаери-ешкидешкй:

• основной металл детали

• состояние поверхности детали.

• область применения детали

• степень сложности конфигурации детали

• размеры и масса детали

Для проектирования маршрутной технологии технсдагическош процесса, необходимо зараше знать каким металлом будет произведено покрытие детали

Лроекгиропание технологического маршрута осуществляется на основе стандартных технологических схем, которые являются возможным аналогом искомого тсхнолотичсснао маршрута и наилучшею обобшеншш критерия приоритета использования зшаролшаКх. Технологический маршрут принято датигь 1 и три группы схем:

• подщговителшые операции;

• осшвньЕоигращи;

• заключительные операции.

Выбфтехнсяюгаческихсхемдштехшюп^ маршрута го каждому классу операций производится исходя из лгал вистичсской модели, использующей правила вида: Выбор схемы подготовительных операций:

ЕСЛИ (основной метали детали ~ "сталь ") И

(состояние поверхности детали — "ржавчина") И (тип технологической схемы - "подготовительная "),

ТО

(шаг=1 И технологическая операция - "загрузка ") И

(им?.- 2 И технологическая операции - "обезжиривание электрохимическое") ИЛИ

(шаг=2 И технологическая операция - "обезжириваниехимическое") И

(шаг^З И технологическая операция = "промывка") И

(шаг-4 И технологическая операция"травление") И

(шаг=5 И технологическая операция "промывка ") И

(шаг^б И технологическая операция-= "активация").

Выбор схемы основных операций:

ЕСЛИ (основной металл детали ^ "сталь") И

(тип технологической схемы ~ "основная"),

ТО

(шаг -1 И технологическая операция 7 "цинкование ") И (,шаг=2 И технологическая операция = "промывка ") И (шаг- 3 И технологическая операция - "меднение ") И (шаг -4 И технологическая операция ~ "промывка") И (шаг-5 И технологическая операция - "закрепление "). Выбор схемы заключительных операций: ЕСЛИ (металл покрытия детали = "цинк") И

(тип технологической схемы = "заключительная"),

ТО

(шаг=1 И технологическая операция -- " промывка") И (шаг=2 И технологическая операция ~~ " сушка") И (шаг 3 И технологическая операция -- "термообработка") И (шаг~4 И технологическая операция ~ "активация") И (шаг-5 И технологическая операция = "промывка") И (шаг-6 И технологическая операцш - "хроматирование") И (шаг---7 И технологическая операция - "промывка") И (шаг -8 И технологическая операция = " сушка").

Дашш лимшстаческш модель сформирована с помощью алгоритма генерации лингвистической модели наосюве логической дкдети данных предметной обгыеш (рису!юк 7, таблицы 1,2).

Рисунок ¿Функциональная схеш атгориша генерации лингвистической модели на основе логической модели данных предметной области

Представленная лингвистическая медаль позволила разработать алгоритм выбора технологических схем маршрутной тем юлогин

На основании лингвистической модели, исхода из заданных входных условий, поочередно выбирают ся схемы подпшвигсаьных, осшвньк и заключительных операций.

БД технологических БД технологических

схем операции

БД параметров выбора технологических схем |

БД состояний поверхности деталей

БД металлов деталей

БД металлов покрытия

Рисунок 7. Логическая модель данных технологических схем.

Множество типовых правил по технологическим схемам хранятся в файлах ба: данных (БД) таблицы 1,2.

Таблица 1.

№ поля Название поля Тип поля

1 Код технологической схемы цифровое

2 Тип схемы строковое

3 Код состояния поверхности детали цифровое

4 Код основного металла цифровое

5 Код металла покрытия цифровое

БД программ технологических схем Таблица 2.

№ поля Название поля Тип поля

1 Код технологической схемы цифровое

2 Код технологической операции цифровое

3 Номер шага цифровое

Если ни ода из сгаццаршых схем не подходит гю степени аналогичности, существует да пуш решения проблемы:

•коррекция б шжайптего а! илога с помошьго лингшстичсской модели, •проектирование новой маршрут! юй гехкачогии с помощью лингаиспиеской модели

Знания экспертов помешаются в лингвистическую модель определения маршрутной тоаюло

пи

На основе лингвиспреской модели получаем следующее правит» определения маршрушой техтл» пи

ЕСЛИ (основной метам детям ~ ' 'железо ") И

(состояние поверхности детали = "роюжчина")И (оаювиыететтоа/чеажсщщии = цинкование"),

Ю

((шаг-1) И (Ю — ' 'заарузка ") И (тип 70 - «пае^хтшятпьчш»)) И

((шаг^2) И(Ю - "обезжиривание жжтрахшпнеское ") И (тип Ю = «гюдгопюжжныюя»)) I, ((июг=3) И (10 = "промывка ") И (тип ТО = «тйютхшшыим»)) И

((шаг=4)И(Ю="щ1коет1е.")И(тт'Ю- «основной»))И ((июг=5)И (Ю ~ ''ш<реташ")И(гттЮ==(<0а10в!1Сщ)И ((шаг 6) И (IX) - "меднвте") И (тип Ю «основная»)) И ((шаг=7)И(ТО = "зсщкттие ") И (тип ТО — «основная)) И ((июг-8) И (Ю - "пролыш") И (тип ТО = «закгючнпжиыш»)) И ((шаг=9)И(Ю - "вы?рузт")И(ттЮ «закгючиталыюи).

Совокупность правил определения маршрутной технологии формирует лга {генетическую модель определения маршрутной технологии

На втором этапе производится разработка операционной технологии, окончательно опредая-егся технологический маршрут и проектируется состав атеюролигов или растворов технологических операций, технологические режимы, продолжительность обработки детали по технсдапмхким операциям.

Выбор состава электролита осуществляется па основе стшщлпых составов, которые являются возможными аналогами истомою. Как правило, для одюй технатогичсской операции существует несколько стандартных составов для обрабатываемых деталей, в зависимости от их материала.

Если ни один из стандартных составов электролитов не подходит ш степени атагкяичшеш, существует два пути решения проблемы

•коррекция ближайшего аналсяа с помощью лингвистической модели и на основе анализа информации ш проеюированию состава электролита или раствора, содержащейся в БД гальванического прг>-изводлва.

«проектирование гового состава электрощита.

Выбэр производился по комбинированной лшемагачесюй модели включающей уравнения и соотношения переменных, отражающих количественную информацию, а такиаглтииистческий модуль оогриругаший качествятной информацией,

В зависимости от выбршпюго типа электролита или раствора текущей теяюлогичесшй шэ-радаи может измениться технологический маршрут, так как некоторые электролиты требуют обязательную шелеауюгпую обработку ш определенным тсхююпреским операциям, что те всегда соответствует и!рмшому техткюгиташму маршруту.

Для хранен»! сведений об элопролигах используется ряд БД содержащих исчерпывающую информацию о составе электролитов, концентрациях компонентов электролитов, режимах обработки электролитов, металлах обрабатываемых электролитами, областях применения эпегаролшов, об анодах и катодах, жшльзуемых дая работы электролитов. Логическая модель БД относящихся к электролитам, представлена па рисунке 8.

Совокупность БД хранящих знания об электролитах, технатотических схемах, техшлогиче-ских маршрутах является информационным обеспечением (ИО) системы автомашзировангош про-оспфовапипехнагюгических 1троцсссов гальванических производств.

Разработан сшуащюнный алгоритм коррекции времени обработки деталей при падении концентрации злеклролша га остюве нечеткой лингвиспизжой модели.

Рисунок 8. Логическая модель баз данных, используемых для хранения информации об атжгролитах.

St

Концентрация электролита, r/n

S3 ж о о * о

X s I X I

fi 1 T5 •С ■С ■С

(D <р СИ

I X X

p I ■ё ч •D ■3

Dl Ш Ш

.c M •E .С s:

s s S к

a а Я

Ol м -А

В условиях современною мелкосерийного производства, однэпртксспые автоматические линии гальвш «открытий (АЛГ), крайне важю оперативно ориентировать на обработку деталей по новым технологическим процессам, т.е. необходимо быстрое проектирование циклической управляющей программы АЛГ (циклограммы)

Как правило, проектирование управляющей программы осуществляется заблаговременно го методам пиклограмм, од?ико да шью мегоды те всегда позволяют получить результат. Поэтому авторами предлагается метод нроектрова! вга щжюграмм ш основе лингвистической модели, который го-звашег палучть результат дтя любых жходаых данных.

Постановка задачи проектирования звучит так дана последовательность технологических падании (ТП), описагав технологических операций (ТО), госадователыгосп. ТО (технологическая программа) количество авгооперагоров (АО) автоматической линии гальванопокрытий и их характеристики, известна технология о^рабсящ технологические шнешпы и конструкгсрско-тшюлогаческие характеристики детали поступившей на обработку (входная коорд ината).

Найти циклотрам\у для техноштичесжого цроцесса иа линии- ццкличхкий порядок переметр-ний авгооперагоров в кидай момент времени, три котором все детали бузуг обработаны за минимальное время при выполнении ограничений:

tim<t,<t.^b (2)

гдеj - обрабатыгаемая деталь, ц- тремя обработки/ой детали, //шь, ( ^ минимальное, максимальное врешобработкидешивнзйтехжтогичесжйтюзшии.

Для этих цедей рарайотапа следующая лингвистическая модель д ля решения поставленной задачи

Преадг всего должны соблюдаться шшгорье ограшРЕния. Правило 1: Между любыми двумя аютоотрапюраж всегда да гжяа соблюдаться дистанция не меньше одной петачогтеаой позиции.

Данное правило от юсигся к классу правил предотвращения аварий.

Исхода из правила 1, вычислим зоны действия алтоолергггоров однорядной автоматической линии гаЕжшюгокрь1гий,атакже введем ряд ограничений для линии

Левая (минимальная) граница зоны действия АО,« самая левая технологичгская позиция, кшх> рую может достичь вычисляется по формуле:

G,bm=2M-l (3)

тцём- номер авгооперггора (АО) для автоматической линии гальшюлакрьтш (АЛГ) М={ 1, А], n-количество автоопергггороз для авгомшичссной линии гальванопокрытий.

Правая (максимальная) гранивд зоны действия АОи самая правая технологическая позиция, ш-торуто может достичь/JQu вычисляется по формуле:

Ck^L^M-N) ■ (4)

где L - количество технологических позиц ий (Ш) доя авгомапдажой линии г&тьвшюпокрьшш, I -номер технологической позиции (ТП) дтя автоматической линии гальваюшифышй (АЛГ) I-[IJ.].

На оаюве (2}(4) можем записать следующие правила для любой од норяд ной АЛГ: ЕСЛИ (количество атооператоров АЛГ = JV) И (mwieaneo технологических поташ АЛГ---- L) И (jтип линии = (Снарядная), то (левах гратар зоны действия АО^Ом^ -- 2М-1) И (гравая qxBtuip ■joiibideiicwaeiAOy/j^at - L+2(M-N))(f(ропмерзгямдегкпкинЛОм ~

Правило 2: ЕСЛИ (л капа южжда site детали j - 7J7;) то (время обреюотт детти Ц <"4тщ) И (врет обработки депти

Далее рассматриваются правила го ситуациям, возникающим на линии. Если аотооперагор для реакции па запрос детали должен надшить зону своего действия (т. а технологическая позиция, на которой находится деталь им технологическая тзипия, на которую необходимо перевести деталь,

вш зоны дсйегвия АО), то АО ш может офаботагь запрос дяали Более 3-х АО претендентов на вы полнениг запроса детали на обрасту бьпь не мажет.

Дня выявляли авгоогкратора, который обработает запрос детали, необходимо разработать пра вина выгюлнаия запроса детали на обрабешу.

В любой момент времени на линии обрабатываются некоторые детали (или деталь) и они подаю запросы на обработку, В любой момент времени может стожиться любая из гашхждукядих ситув ций шличхгао запросов на обработку от деталей - нет ни одажо, меньше или равно шпичеявуав тоопераггоров, больше шличесгоа авгоонераюров.

Для ситуации 1 штнеобходамосшраосмахривать пробдему выберазапрегадетаташобрабегау

Для ситуации 2 необходимо решшь какой авггосшерагор обработает каюй запрос (отределяемп правилам 3.1,32).

Дтя сшуаи^и 3 все шраздр сюжже, основная задача в дачном случае - выбор запросов, нуж дающихся в первоочередной обработке из общей массы запросов (т.е. необходимо определил, кат запрос нужна обязательно обработать, а какой может подаядагь).

Рассмотрим случай, кида деталь находится в эше денлвш несшлышх авгооперагоров. Запро детали должен выполнить ближайший автоогЕршхр или если он занят, то ближайший свободный ав тооперагор, ссш время офабагки запроса зим ашооперагором пе превысит времени, требуюшегос дасмлиание работы занятого АО, плкквре^вытшшш запрета детали этим АО. Обештеленуче днланции между авгоошраторами, т. е. три назначали автооперагкра дта выполнения 3aipoca нсоб ходимо сдедтцчтобы выбор того или иного АО не привел к ссвдашюаварийюйсгауации.

В дашюй сшуащш для трех автоопераетрав существе! 9 комбинаций их состояния: когда во акгоопералоры заняты, когда все авюоператоры свободны и когда некоторые из них свободны, а шл торые заняты. Дги угрощеши ситуации рассмотрим линию в момент, когда все авгоопершоры буду свободны (риеумж 11).

После анализа траектории движения авгооперагоров по даирамме, очевиден вывод, что залро детададояжен обработать авгоогершорЗ, т.к. он это сделает раньше других авгооперагоров. Правило 3.1: (сшщтрт Tf ЕСЛИ (¡иестонахооюдение детши j " зона действия AOM) I (местонахождение деташ j юна действия АО$ И (местонахождение детат] = зона действа АОь 1 )И (действие деташ j ~ продан за/цке на обработку) И (АОы обработает запрос = Уал) ^ (АО/с (¿работает запрос - 4,,«) И (AOt+i обработает запрос то действие АО =» обреюо

татьзапрос demaiujАО имеющелуминттыюе времязавершения 4/о

teAO= min t^KQn (5)

R^kA.k, >Ы

4aoh. Уы - время завершения обработки запроса детали автооперакром к-1, к, !& 1, /(1ю- ми нимальное время завершения офабогки загроса детали автооперагором время завершения обработю загроса детали атоолеражром, п=к-1, к, £Н.

Правило ЗЛ: Ест (местаюхаждение деташj=зона действияАО^ И (лястотхажде/те детха j за1а(ХжпклаА0к)И(.\1<хшлжауа)сте(кт2Щ1 ■¡от(Хж>гть1АОь\)И((действие деташj-продан запрос на обработку) И ф^^сы- ^ffl/^f^Hffi^f пю обрабо тать запрос детат бпежайшеиу из АО.

На основе дапюй лингвиешчгеюй модели проектируется циклограмма, которая записывается i ввдр ряда травшт типа'

Ест (ситуация налинтг ситуация то (действия АО=действие 12,3) Правило циклограммы: Если (вреля абрсботки детали на ТП\ = 200 с) И (время обрсботш дета ж т ТП$ =21 с) И {врехы обработки детат на ТПу -42 с) И (время обработки дета ш на ТПц 200с) И (действиеАО\ = выстой над 771$ И(действие АО2 = переезд с 7П6 на ТЩ) И (действие АО - выстой над ТП\ j)

то фейаптеАО!, ■ выгрузка детом гвТПц) И (действие А()з ~ выстой 15 с) И (осйстлк АО} " переезд с 777ц па 777н) И (действие АОз-выстой! с) И (действие АОз - загрузка детати на

Проверка датой лингвистической модели подтвердила ее работоспособность и аджвагность. 10,0

ТП

8,0 6,0 4,0 -2,0

V

7

о

о_ •ч-С

----Перемещен

ия А01

....... Перемещен

ия А02

-Перемещен

ия АОЗ ----ТП детали

Рисунок 11. Перемещение автоогкрагороп по обработке запроса д етали из ТП6.

Четвертая глава посвящай разработке системы сжуацигашого управления транспортными штоками многопроирссных автоматических линий гаяьваюпокрьпий на основе лингвистической модели.

В условиях современного мелкххрийгош производава, с неопределенным входным потоком деталей и часто меняюшимжя условиями, крайне сломаю добиться шановото поступления деталей на автоматическую лшшю штьвашгокрьпий (АЛГ)- Вследлвие этого, проектирование упраатао-шрйпрсфаммыАЛГзшчтелыюзатруднеш.

Многсшроцессная автоматическая линия гальвагюпокрмтй, харакгеримош^яся числом и ш-сждовагелъвдстью технототческих позиций (1Щ, соответствием технологических гавраций (ТО) технологическим позициям, составом атектролигав для технологических операций; количеством автооператоров (АО) их горизонтальной, вертикальной сюэросшо, высотой траверсы, технологическими юнегашами * временем остановки перед загрузкой, разгрузкой автооператора, временем остановки автога юрагора для сюка эв гсгаратига с деталей (рисунок ] 2),

Технологические процессы для обработки деталей та линии, исходя из их гонетрукторско-техг «логических характеристик (размеры, состояние говерхтюсш детали; степень предварительной обработки) - тсявдэвагеяыюсть технологических операций (технологическая программа); время минимальна^ максимальной обрабопм деталей в данной технологической операции; состав атектроли-тов для технологических операций.

Необходимо №1Йги такой порялрк перемещений автооперагоров (АО) линии в каждый момент времени, при котором все детали на линии ст/дух обработаны за минимаша юс время при выполнении ограничений:

©

гдер-тшююпгюскаягфограммаоЁрабогки деталиу -обрабатываемая детали ^- время обработки}• ой детали 1-ой технологической гозипии го р-ой технологической программе, минималь-

ное, максимальное время обработан детали в 1-ой технологической пеащии по рой технологической программе, Н'Д- количество техногюгических позиций (ТП) дан автожтической линии галыза-шгюкрытий (АЛГ).

В каждый момеггг времени в одой технологической певший может обрабатывала только одна деталь. Между автооператорами должна схшгодпься дистанция в одну технологическую позицию.

Лингвистическая модель ситуационного управления мюгонроцессшй АЛГ состоит из сле-даощих правите

• привило начала рабогалинии,

• зоны действия автооперагоров однорядкой автоматической линии гальванопокрытий, ограничения,

• временной тггервал обработки детали в -щхнаюгичсской позиции,

• праввд выбора атотгфагг^юв-гфега^^

• правил йодам запроса от детали,

• иракнд определения ситуации иаАЛГ,

• правил дагюянашя запроса дешшшофабсгпу,

• правит приоритета выполнения запроса детали на обработку. Автооператоры г^Н r^h . . . г^

Технологические позиции

U

1Д

2,3

5

Номер обслуживающего технологическую позицию автооператора

Рисунок 12. Зоны действия авгооперагоров однорядной авгашшчесшй липни гачьваног юкрншй

Правила приоритета вышлшния запроса детали на обработку необходимы для ограничен-числа исполняемых в первую очфеда запросов деталей, с тем чтобы одткзму автооперагору соотве ставала одна деталь.

Правило 61: ЕСЛИ (технаюгмескт операция Ют технологической позиции JHi - «атдщюоевше, И (теяюшшческая оперещт Ют техшюгической помрт Щ+\ - «анодирование») И ... , (технатшчеемзя огщщш ТОт технологической тзиции 1Л13 — «анодирование») И (хотя бы одь из перечне м01ых s пкхнакхтеспсс шялрш aïoixùia), та (состояние гпех/ипогичсскт операции ТОт — «свободна»).

Правит 6,2: ЕСЛИ (технегюгичеект операция Ю„, технологической naetaptu ТП] - «aïoàqxxamie; И (технаюгичеаш операция ТОт технаюгтеской позиции ТПц] — «анодировевж») И ... j (технаюгтеская операция ТОп технологической пощии ТПц s = «анодирована») И (все из перечи ленных s техно/юеичеашх юзшрпл за аты), то (ахтоясие тсгаххтжеской отршрхи ТО„, - «хеша»).

Правило A3: ЕСЛИ (состояние детали j = запрос на обработку) И (технаюгтеская программа ос рабстш demaui j —р) И (местонахождение ùema ïuj — технологическая оперсир/я 7 От технашзм аюй пгтацш 'Ш) И (акптвше mexi ¡алогической ont'paifiai ТОп, > \ ' то (исключить деталь j из груты первоочередной обработки).

ra+g-l j m+g

(7)

tP-\m+8 , tp-im+g+x > Y tP 1 , yV '

'min j~ 1 обр j nep , j — " x-t 1 щах j ¿-i nc.p .

■ 1 i~m+\ i=m+l

где tçjfaj^ - минимальное время обрзати детали j-1 в технсшопнсской операции T0mt8 (g>l) п (р-1)-ой техшшгшескш программе, t^Sp ^ - время обработай детали j-1 в тсхноюгичхиой ои

m-hg-1

рации ТОШга но (р-1)-ой леаюлошчссмэй программе на момент запроса] детали, ¿tnsxj

лирное время необходимое на максимальную обработку детали] во всех технодагических операция

m\g ¡

огТО.„до TO,rr Sri (включительно) поройтостачогической программе, ^ tf¡ep . - суммарное гол-

i=m+1 1

ное время переездов меязу техтшогическими операциями or ТОт до TOm.g по р-ой тел юлогггкской

p.jw+g+l

программе, t¡fep ^ - время тршгепортпровки дегали j-¡, обрабатт.гваготутося по (р- 1)-ой технологической программе, с технологической операции TCWg на безопасное расстояние или в следующую технологическую отиранию (Т01ТГ8.0-

Правит 6.4: ЕСЛИ (состоят деталиj -- запрос на обработку) И (технологическая программа де-тат j —р) И (местонахождение детали j = технепогинеекая onepaifm ТС)„) И (состояние техначо-а /ческой onepaipai Ют,% -- «занята») И

n_iffi+g п^лпi+g+1 "»í«"1 „ i „ i

/fP ' e _ tP1 s + tP1 > V tP + V i l'miny-i loSp ' nep j_i — Zj 'maxy *nep¡s'

' J /=mtl i=m+1 1

то (искиочить детапь j ta группы первоочередной обработки).

* _fP-i " < Y fP _i- Y C81

'min y—i oÉ»p ._] ~lnep .-_) — í-¡ minj Z-i nep ¡ \°J

1 J i-m+-1 ' i-m+1

m+g-1 y

да X ^min/ - суммарное время необходимого на минимальную «Тржхгтку детали j во всех тем то-

i=m+]

логических операциях or Т0т до TOUt-i (вкпючшеяьно) по р-ой технаюгичссюй программе Правило 6.5: ECJM (состояrue детали j ~= запрос m обработку) И (техначогтескш программа деталиj=p) И (местонахождение детали j = технологическая операция 'Ю„) И (состояние технологической операщш Ют,я ~ «.занята») И

Р-1*-* _ р- № 1 "tf\p i'minj-l обр ¡_ j lnep i_ j — Zj min j Zj 'nep./

то (время обработал деталиj мшмхтыюе на всех технологических onepaipax от ТОш ¡Оо '!Om..J.

Правило 6.6: ЕСЛИ (запрос детали j - мажет быть обработан АОк вечед за деталью /+1j И (запрос детали¡1 - л юэюет быть обработан АОк вслед за деталью j), то действия АОк выполнить -запрос детали при первоочередном выттемш запроса которой, суммсриж время выпав ie-тя запросов деталейjuj< I будет минимальным liok'' minl^yu (9)

я/дх> 4i«- суммарное время завершения обработки запроса деталей j и ¡1 автооператсром k, -,шни\талыюе суммарное время завершения обрабегаш запроса деталей j и j+1 атооператором k, n -юрядок обработки затросов деталей, 1 - сначала j, затем ji-1,2-слагалаj+1, затем j.

В случае выполнения правшта 6.6 необходимо записать принятое решение в «дерево спорных жуаций» (рисучюк 13).

Ipatmjio 6.7: Ест (соответствие меэ/сду запросами, дептей на обработку и автоонератораш = шело зщюст < числа аптооператоров), то действия АО выполнить загросы cietmieü на обработку.

Предткможпм очереяь деталей на обработку состоит из Р - технологических программ, р=[1 Д де р - номф техжшотичесюй программы, количество деталей в партии по каждой техтголотичесной тротрамме Пр. Необгодамо опред елтль отпимальную очереда лоступденш деталей та линию, которая аполнена обрабатывающимися го Р - технологическим программам деталями.

1ожид] 'офу-1 / V ^ 'шаху 'перу/

при выпшшши смрашча МЯ . ^ О (И)

■ шах Р + (Р ' +Яу/Р ') . (\у\

1ОЖид/ ГП13Л 1-1 обр ._] пер г л 1 \ ¿и 1[щпу 1 пер' У1-)

' у ■' ¡=2 /=2 1

Р

тивьлюшвошограшмения 0 < /тт , ПЗ)

Т г ОЖИО} омсио ] - '

* 1' _,тах р гш

1ожид у сожад,-

где ¿ожид - врет сеюдатя поступления ш линию детали], 1ожид ., 1ожи(} ^ - время мин

малъного, максимального ожидания поступления на линию детали ^ обрабатывающуюся по технш гии (все прочие члены формул и ограничений описаны выше для неравенства 7).

Рисунок 13. <фррево спорных смуадий». Правим6.8:Ест(0 < Cj.it™/.

Правило 6.9: Ест (

Определяя время ожидания поступлатия та линию детали по каждой технологии, находим минимальное среди всех время сшциния ^ожид] (Фф^У® 14)

1ожш)I - тт(ожидр (14)

1 р=\,Р '

• гравигагахлрошштрассь1автшпера1трашо6работкезапросадгтащ

• правила проверки безаварийяосга,

• правило окончания работы линии.

Проверка данной ли! теистической модели подтвердила ее рабэтоспособность и адекватность.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1Ла основании анализа гальванических производив со сменными технологиями как объектов управления сфсэрмулированы задачи ш повышению их эффективности на базе использования методов искусственного интеллекта, основными из которых являются:

• раработка лингвистических моделей АЛГ на основе логической модели компонентов предметной области;

• разработка маршрутных техт шогий дтя одно- и мг км троиессных АЛГ;

• ра^нботкасоответствугоптнхоперационньктехшщип^

• разработка огпимальных управляющих программ в зависимости от состава и определенности входного потока д еталей на линию.

2. Разработаны методика и алгоритм генерации лингвистических моделей технологических процессов гальванических производив на основе логической модели данных пред метной области, опжанюй при помощи мета струюуры.

3 Для описания сиуации га АЛГ разработана комбинированная лингвистическая математическая модель, включающая уравнения и соотношения переменных, отражающих кгаичестветпгую ивформа-цию, а также лингвилический модуль, содержащий правила, определяющие состояние линии и обрабатываемых деталей и ряд правил, позволяющих предотвращать аварийные ситуации на линии.

4.Для решения задачи ситуационного управления АЛГ разработана лингвистическая модель, базирующаяся на анализе техз ¡алогически ситуации с учетом приоритетов обслуживания запросов на обрабопсу деталей

5.Для повьппения эффективности работы технолога разработана подсистема проектирования технологических процессов АЛГ, базирующаяся на методах ижуссгвенного интеллекта, позволяющая учитывать изменяющиеся условия гроизводетва и оперативно реагировать на внегшше и внутренние возмущения, и включающая три этапа: разработка маршрутной технологии, операционной тех-1голопш и управляющей программы Предложена концептуальная модель информаиионюго обеспечения системы

6.На основе созданных лингвистических моделей разработаны поджгшы ситуационного управле-гшя трапспорптыми шшками одлопроцессных и мшгопроиессных автоматических линий гальванопокрытий, что позволило увеличить производительность линий на 13-16%

7.Методака и алгоритмы генерации лингвилических моделей технологических процессов гальванических производств на основе логической модели данных предметной области, описанной при помощи мета стругаурьг внедрены на Экспериментальном механическом заводе «Гранит», г.Уварово и применяется в учебном процессе Тамбовского государственного технического университета

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Абрамов ДВ., Мшювашв ИВ. Выбор нечетких оденок три моделировании режимов работы автс магической линии гальвашпокрытий / Труды молодых ученых и студентов ТГТУ / ТГТУ, Ta\iooj 1997.-354с.

2Абрамов ДВ, Арпахова ЕА, Кузнецов АА Мегодака проектирования технологических пронес сов гальванического производства I Труды молодых ученых и студя ггов ТГТУ / ТГТУ, Тамбга 1997.-354с.

3 Абрамов ДВ, Миюванов ИВ. Алгоритм управления автоматической линии гальваюпокрьпий:

условиях неопределенности кходгюго штока деталей / Тезисы доклада международной юнферет ции ММГТ/ Школа го моделированию автоматизированных технологических процессов - т.; Секция 2 Секция 47 Новомосковск, 1997- 56с.

4 Абрамов Д В, Мишванов ИВ, Тюк Р.В. Методика автоматизированного проектирования линтвис

тических моделей на основе логической медали комповапов предметной облагай / Труды моле дыхученых и студентов ТГТУ / ТГТУ, Тамбов, 1998,- 193-196с.

5. Абрамов ДВ, Митванов ИВ. Автоматизированное проектирование технологических процессе; гальванических произнодеш / Вестник ТТТУ -т.4-№2-3. /ТГТУ, Тамбову 1998.-222-229с.

6. Абрамов ДВ. Подеистема ангомалшрошшюго проектирования технологических цроцхсов таль ваничесжих производив / Труды молодых ученых и студентов ТГТУ / ТТТУ, Тамбов, 1998 - 45 48с.

7. Абрамов ДВ. Обобщенный критерий приоритета использования электролита в гальванически производствах / Тезисы доклада международной конференции ММТГ/ Математические методы i химшитехнсшгиях/Шшламоюдькученьгх -тЗ./Владимир, 1998-80с.

8. Абрамов ДВ, Миловшюв ИВ. Сшуацшнное управление транспоршой системой одаэпроцгсс ной автоматической линии галшшомжрыпш на основе лингвистической модели / Труды мате д да ученых и студентов ТТТУ/Автолшизациятошатогическихпрои!хсов. Строительство - вы пуск 4 / ТГТУ, Тамбов, 1999-6669с.

9. Абрамов ДВ, Мшювашв ИВ. Проектирование технологических процессов гальванических про изводив / Тезисы доклада международной конференции ММТТ/ Математические методы в хими и технологиях / Школа молодых ученых -тЗ./Владимир, 1998-34с.

10.Абрамов ДВ. Ситуационное управление транспоршой системой автоматической линии гальва тююкрьтщтехз!^ лингвистической модели/Сборник шучпых трудов к 40-лепво ТГТУ ч2 Авгоматизированньк актсмы, приборы аналитического контроля и информациош ы техшЕюгии/ТГТУ, Тамбов, 1998-47-54с.

П.Абрамов ДВ. Коррекция продолжительности обработки деталей гальванических производств а основе нечеткой лингвистической модели / Труда молодых ученых и студентов ТГТУ / Авгомати зация технологических продгссов. Строительство - выпуск 4 / П ТУ, Тамбов, 1999 - 74-77с.

12. Абрамов ДВ, Милован® ИВ. Коррекция продолжительности гальванзобрабепки деталей на ос шве нечеткой лингвистичеосой модели / Тезисы доклада международной конференции ММТТ Математические методы в химии и tcxhoj югиях / Школа молодых ученых - т.4. / В.Новгород 199" -54с.

13. Абрамов Д.В., Дьяков И.А., Митева Т.В. Моделирование токовых режимов в цилиндрических координатах / Тезисы доклада международной конференции ММТТ 12/ Моделирование и оптимизация технико-экономических и технологически} процессов/ Школа молодых ученых - т.4. / В.Новгород, 1999 - 76с.

11.04.00г. Зак.68-60 РТП ИК «Синтез» Московский пр, 26

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ СО СМЕННЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ КАК ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Режимы работы гальванических линий и алгоритмы управления автооператорами.

1.1.1. Управление по сменным циклограммам.

1.1.2. Управление по стыкуемым циклограммам.

1.1.3. Управление по обобщенной циклограмме.

1.1.4. Управление на основе изменения значения тока.

1.1.5. Управление на основе оперативного планирования.

1.1.6. Ситуационное управление.

1.2. Управление технологическими параметрами гальванических ванн.

1.2.1. Стабилизация режимных параметров.

1.2.2. Управление режимными параметрами по заданной программе.

1.2.3. Ситуационное управление режимными параметрами.

1.3. Постановка задач диссертации.

ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ НА БАЗЕ ЛИНГВИСТИЧЕСКИХ

МОДЕЛЕЙ.

Введение.

2.1. Разработка технологических процессов гальванических производств.

2.1.1. Классификация компонентов логической мета модели.

2.1.2. Алгоритм генерации лингвистической модели.

2.2. Этапы проектирования технологических процессов гальванических производств.

2.2.1. Разработка маршрутной технологии.

2.2.2. Разработка операционной технологии.

2.2.3. Разработка управляющей программы.

Выводы.

ГЛАВА 3. СИТУАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ

ЛИНГВИСТИЧЕСКОЙ МО ДЕЛИ.

Введение.

3.1. Постановка задачи проектирования управляющей программы.

3.2. Лингвистическая модель ситуационного управления.

3.3. Алгоритм решения лингвистической модели.

3.4. Алгоритм ситуационного управления.

3.5. Проверка адекватности модели.

Выводы.

ГЛАВА 4. СИТУАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМОЙ МНОГОПРОЦЕССНОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ

ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ЛИНГВИСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Введение.

4.1. Постановка задачи синтеза управляющей программы линии.

4.2. Лингвистическая модель ситуационного управления.

4.3. Алгоритм решения модели.

4.4. Проверка адекватности.

Выводы.

Актуальность работы. В настоящее время в гальванических производствах широко используется два типа технологических линий -однопроцессные и многопроцессные.

Однопроцессные линии эксплуатируются в режиме "жесткой" программы управления - циклограммы, когда входной поток постоянен и автооператоры выполняют заданную (рассчитанную заранее) последовательность действий. Следует отметить, что для однопроцессной линии может быть реализован, и так называемый квазимногопроцессный режим с различной требуемой толщиной покрытия (режим "гибкой толщины" покрытия) и, следовательно, с различной продолжительностью времени обработки деталей.

Использование современных методов управления на базе лингвистических моделей позволяет значительно повысить эффективность и безаварийность однопроцессных автоматических линий гальванопокрытия (АЛГ) при любых исходных данных: размеры, состояние поверхности детали, степень предварительной обработки, последовательность технологических операций (ТО), минимальное и максимальное время обработки деталей в данной операции, состав электролитов и т.д.

Многопроцессные линии совмещают широкий спектр технологических процессов и работают как в режиме "гибкой толщины" покрытия, так и в собственно гибком режиме, когда выполняющиеся на них технологические процессы отличаются друг от друга количеством и последовательностью технологических операций. В связи с этим управление многопроцессной линией гораздо сложнее управления однопроцессной. При этом возникают проблемы разработки рациональной маршрутной и операционной технологии, а также управляющей программы.

В современных условиях практически невозможно планирование производства на длительный период из-за неопределенности вхорарго потока деталей, нуждающихся в обработке на автоматических линиях гальванопокрытий. Повышение эффективности указанных процессов возможно с использованием методов ситуационного управления в масштабе реального времени. Задача ситуационного управления заключается в своевременной обработке запросов деталей автооператорами при соблюдении технологических режимов, ограничений и минимизации нарушений качества полученных покрытий. Таким образом, использование новых лингвистических моделей и ситуационных алгоритмов при управлении автоматизированными линиями гальванопокрытий является своевременной и актуальной задачей.

Цель работы. Целью диссертации является повышение эффективности гальванических производств со сменными технологиями на базе лингвистических моделей и ситуационных алгоритмов управления.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• провести анализ автоматизированных линий гальванопокрытий (АЛГ), как объектов управления и автоматизации;

• разработать концептуальную модель информационного обеспечения подсистемы управления АЛГ;

• разработать методику проектирования лингвистических моделей для разработки основных этапов технологических процессов гальванических производств АЛГ;

• разработать алгоритмы реализации маршрутной технологии с использованием лингвистической модели и БД гальванического производства;

• разработать алгоритмы операционной технологии для выбора состава электролита, режима и продолжительности обработки с учетом конструкторско-технологических характеристик (КТХ).

• разработать лингвистические модели для реализации ситуационного управления транспортными системами одно- и многопроцессными АЛГ.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы математического моделирования, информационные технологии разработки автоматизированных систем, математических аппарат нечетких множеств и четкой логики, современные средства объектно-ориентированного программирования, методы теории управления.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика разработки лингвистических моделей АЛГ на основе логической модели компонентов предметной области.

2. Подсистема ситуационного управления транспортными потоками АЛГ при однопроцессном и многопроцессном режимах работы.

3. Подсистема автоматизированного проектирования операционной технологии для процессов гальванических производств.

4. Подсистема проектирования технологических процессов гальванических производств.

Научная новизна диссертации:

1. Предложена стратегия оптимизации технологических процессов гальванических производств, состоящая из трех этапов: выбор рациональной маршрутной технологии, операционной технологии и управляющей программы.

2. В первые разработанные лингвистические модели АЛГ базируются на методах исскуственного интеллекта, позволяя при оперативном управлении АЛГ использовать опыт экспертов-технологов на базе созданной концептуальной модели информационного обеспечения гальванических производств.

3. Разработанная комбинированная лингвистическая модель ситуационного управления операционной технологией включает уравнения и соотношения переменных, отражающих количественную информацию, а также лингвистический модуль, использующий качественную информацию.

4. Подсистема ситуационного управления транспортными потоками однопроцессных АЛГ.

5. Подсистема ситуационного управления транспортными потоками многопроцессных АЛГ.

Практическая значимость. Разработанная автоматизированная система ситуационного управления гальванических производств со сменными технологиями позволяет:

• реализовать технологические процессы гальванопокрытий для «новой» партии деталей.

• корректировать ход процессов при изменении степени загрязнения, размеров и конфигурации деталей.

• подбирать требуемый состав электролитов и растворов.

• корректировать составы электролитов и растворов.

• осуществлять анализ и корректировать ход действующих технологических процессов с целью обеспечения требуемой производительности оборудования, качества и стоимости покрытий.

Для реализации методики разработки лингвистических моделей на основе логической модели компонентов предметной области создана программная подсистема автоматизированного проектирования лингвистических моделей, которая позволила разработать модели для ряда предметных областей, в том числе гальванотехника, компьютерное оборудование.

Подсистема используется на производстве и в качестве учебного пособия для студентов по дисциплинам «Искусственный интеллект» и «Информационное обеспечение САПР».

Апробация. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседании международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-12» г. Великий Новгород, 1999; на международной научной конференции «Математические методы в химии и химической технологии» г.Новомосковск, 1997; на международной научной

12 конференции «Математические методы в химии и технологиях - ММТТ-11» г. Владимир, 1998.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 13 научных работах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 .На основании анализа гальванических производств со сменными технологиями как объектов управления сформулированы задачи по повышению их эффективности на базе использования методов искусственного интеллекта, основными из которых являются:

• разработка лингвистических моделей АЛГ на основе логической модели компонентов предметной области;

• разработка маршрутных технологий для одно- и многопроцессных АЛГ;

• разработка соответствующих операционных технологий;

• разработка оптимальных управляющих программ в зависимости от состава и определенности входного потока деталей на линию.

2. Разработаны методика и алгоритм генерации лингвистических моделей технологических процессов гальванических производств на основе логической модели данных предметной области, описанной при помощи мета структуры.

3.Для описания ситуации на АЛГ разработана комбинированная лингвистическая математическая модель, включающая уравнения и соотношения переменных, отражающих количественную информацию, а также лингвистический модуль, содержащий правила, определяющие состояние линии и обрабатываемых деталей и ряд правил, позволяющих предотвращать аварийные ситуации на линии.

4.Для решения задачи ситуационного управления АЛГ разработана лингвистическая модель, базирующаяся на анализе технологической ситуации с учетом приоритетов обслуживания запросов на обработку деталей.

5.Для повышения эффективности работы технолога разработана подсистема проектирования технологических процессов АЛГ, базирующаяся на методах искусственного интеллекта, позволяющая учитывать изменяющиеся условия производства и оперативно реагировать на внешние и внутренние возмущения, и включающая три этапа: разработка маршрутной технологии, операционной

138 технологии и управляющей программы. Предложена концептуальная модель информационного обеспечения системы.

6.На основе созданных лингвистических моделей разработаны подсистемы ситуационного управления транспортными потоками однопроцессных и многопроцессных автоматических линий гальванопокрытий, что позволило увеличить производительность линий на 13-16%.

7Методика и алгоритмы генерации лингвистических моделей технологических процессов гальванических производств на основе логической модели данных предметной области, описанной при помощи мета структуры внедрены на Экспериментальном механическом заводе «Гранит», г.Уварово и применяется в учебном процессе Тамбовского го университета.

1. Системы автоматизированного проектирования и управления в гальванотехнике / Лапин A.A., Милованов И.В., Литовка Ю.В., Васильев С.А., Кузнецов A.A., Дьяков И.В. ТГТУ, Тамбов, 1992.-48с.

2. Сиситемы управления гибким автоматизированным производством: Учеб. Пособие / Под ред. A.A. Краснопрошенной. К.: Вища шк., 1987. - 383 с.

3. Лапин A.A., Кузнецов A.A. Автоматизированное построение программ управления РТК с использованием САПР// Вестник машиностроения. 1989. - N10. - 39-42с.

4. Лапин A.A., Кузнецов A.A. Декомпозиционный алгоритм оптимального управления РТК гальванопокрытий в реальном времени // Приборы и системы управления. 1989. - N8. - 59-67с.

5. СССР, МКИ C25D21/12. Система управления многопроцессной линией гальванопокрытий/ А.А.Лапин, Ю.В.Литовка, И.В .Милованов,- N440559/31-02; Заявл. 13.06.88; Опубл. 7.01.90, Бюл.№.-25с.

6. Лапин A.A., Литовка Ю.В. Двухрядовая подсистема управления элетрохимическими процессами РЖ гальванопокрытий // Приборы и системы управления. 1989. - N12. -10-11с.

7. Милованов И.В. Оптимизация процессов и состава оборудования длянанесения электрохимических покрытий: Дис. канд. техн. наук. 1983,- 148с.

8. Кузнецов A.A. Гибкое оптимальное управление обработкой деталей в роботизированных технологических комплексах гальванопокрытий: Дис. канд. техн. наук. 1989. - 143с.

9. Абрамов Д.В., Милованов И.В. Выбор нечетких оценок при моделировании режимов работы автоматической линии гальванопокрытий / Труды молодых ученых и студентов ТГТУ / ТГТУ, Тамбов, 1997.-74-77с.

10. Краткий справочник гальванотехника. Ямпольский A.M., Ильин В.А., JI: Машиностроение, 1972.-224с.

11. ГОСТ 9.305-84 Технологические схемы гальванических производств. М: Издательство стандартов, 1984. - 87с.

12. Справочник: Оборудование цехов электрохимических покрытий, под ред. П.М.Вячеславова, Л.: Машиностроение, 1987.-309с.

13. Ф. Тиори, Д. Фрай Проектирование структур и баз данных / В 2-х кн. М: Мир, 1985.-785с.

14. Н.Г.Малышев, Л.С.Бернштейн, А.В.Боженюк Нечеткие системы для экспертных систем в САПР.- М:Энергоатомиздат, 1991,- 136с.

15. Дейт Д. Введение в системы баз данных,- М.Диалектика, 1998,- 781с.

16. Абрамов Д.В., Милованов И.В., Тюх Р.В. Методика автоматизированного проектирования лингвистических моделей на основе логической модели компонентов предметной области / Труды молодых ученых и студентов ТГТУ/ТГТУ, Тамбов, 1998,- 193-196с.

17. Абрамов Д.В. Обобщенный критерий приоритета использования электролита в гальванических производствах / Тезисы доклада международнойконференции ММТТ/ Математические методы в химии и технологиях / Школа молодых ученых т.З. / Владимир, 1998 - 80с.

18. Поспелов Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления. -Москва: Энергия, 1981 -231с.

19. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. Москва: Наука, 1986 -284с.

20. Пушкин В.Н. Принципы математического моделирования познания и пути построения систем искусственного интеллекта. В кн.: Вопросы кибернетики. Ситуационное управление теория и практика., Москва:

21. Научный совет по комплексной проблеме «Кибернетика» при Президиуме АН СССР, 1980 -5-ЗЗс.

22. Заде JI. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию решений. Москва: Мир, 1976. - 165с.

23. ЗО.Загадская Л.С., Соколова О.В. Методика проектирования ситуационных моделей управления. Препринт. Москва: Научный совет по комплексной проблеме «Кибернетика» при Президиуме АН СССР, 1973 -40с.

24. Поспелов Д.А. Принципы ситуационного управления. Изв. АН СССР, Техническая кибернетика, 1971, №2 -10-17с.

25. Абрамов Д.В., Милованов И.В. Выбор нечетких оценок при моделировании режимов работы автоматической линии гальванопокрытий / Труды молодых ученых и студентов ТГТУ / ТГТУ, Тамбов, 1997.-78-81с.

26. Прикладные нечеткие системы / Под ред. Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. М: Мир, 1993. - 368с.

27. Дьяков И.А. Автоматизация управления технологическими параметрами электрохимических процессов: Дис. канд. техн. наук. 1995. - 163с.35,Озкарахан Машины баз данных и управление базами данных. М:Мир,1989.-248с.

28. Проектирование информационных систем: Лабораторные работы, Сост. Абрамов Д.В. Тамб. гос. техн. ун-т. Тамбов, 1998. - 36 с.

29. Мешалкин В.П. Экспертные системы в химической технологии. М: Химия, 1995-Зббс.

30. Абрамов Д.В. Подсистема автоматизированного проектирования технологических процессов гальванических производств / Труды молодых ученых и студентов ТГТУ / ТГТУ, Тамбов, 1998,- 196-199с.

31. Абрамов ДВ., Милованов ИВ. Проектирование технологических процессов гальванических производств / Тезисы доклада международной конференции ММТТ/ Математические методы в химии и технологиях / Школа молодых ученых т.З. / Владимир, 1998 - 34с.

32. Поспелов Д.А. Ситуационное управление. Новый виток развития // Теория и системы управления. 1995,-№5. -152-159с.

33. Поспелов Д.А. Теория и практика ситуационного управления:Сб. статей. / Под ред. Д.А.Поспелова, В.Н.Захарова. Москва: Сов. Радио, 1977,- 176с. -Науч.Совет комплекс, пробл. «Кибернетика», (Вопросы кибернетики / АН СССР; Вып. 18).

34. Ситуационное управление и семиотическое моделирование: Сб.статей./Под ред. Д.А.Поспелова. Москва: Науч.Совет по комплекс, пробл. «Кибернетика» АН СССР, 1983 -135с,- (Вопросы кибернетики / АН СССР; Вып. 100).

35. Сорокин С.А. Системы реального времени // Соврем. Технологии автоматизации. 1997.-№2.-7-11с.

36. Управление производством при нечеткой исходной информации / Р.А.Алиев, А.Э.Церковный, Г.А.Мамедова.- Москва: Энергоатомиздат,1991.-240с.:ил.

37. Клыков Ю.И. Ситуационное управление большими системами. -М.Энергия, 1974,- 134с.144

38. Клыков Ю.И. Ситуационное управление большими системами. -М. ¡Энергия, 1974.- 134с.

39. Клыков Ю.И., Поспелов Д.А. Ситуационное управление в АСУ. -Управляющие машины и системы, 1972, №1,- 27-34с.

40. T.Tanaka, J.Ohwi, L.V.Litvintseva, S.V.Ulyanov Soft computing algorithms for intelligent control of a mobile robot for service use// Soft computing v.l, №2, 1997.- p.88-106.

41. E.Pap Pseudo-analysis as a mathematical base for soft computing // Soft computing -v.l, №2, 1997,- p.61-68.