автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Методы совершенствования оперативного управления загрузкой технологического оборудования в условиях автоматизированного производства

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ СЕВАСТОПОЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

•''« ОД

СЕРГЕЄВ ГЕОРГІЙ ГЕОРГІЙОВИЧ

*•' ^ •«•ч/іі ¿іі!]

УДК 658.52.011.56

МЕТОДИ УДОСКОНАЛЕННЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛІННЯ ЗАВАНТАЖЕННЯМ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОБЛАДНАННЯ В УМОВАХ АВТОМАТИЗОВАНОГО ВИРОБНИЦТВА

05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Севастополь 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Севастопольському державному технічному університеті МОН України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Скатков Олександр Володимирович, завідуючий кафедрою кібернетики та обчислювальної техніки СевДГУ. '

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор кафедри

технічної механіки і машинознавства СевДГУ Бохонський Олександр Іванович;

кандидат технічних наук, доцент Проць Ярослав Іванович, завідуючий кафедрою автоматизації технологічних процесів Тернопільського державного технічного університету.

Ведуча організація - Харківський державний політехнічний університет

Захист відбудеться "/У " травня 2000 р. в годин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 50.052.02 при Севастопольському

державному технічному університеті за адресою: 335053, м.

Севастополь, Стрілецька балка, Студгородок, корпус СевДТУ, аудиторія А-201.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці СевДГУ.

Автореферат розісланий Н ^¡,т?гїЯ___________________2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Кандидат технічних на\т{, #

доцент О.М. Шерешевський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми

У цей час в умовах України основною задачею автоматизації стає раціональне використання могутніх виробничих засобів, що є в державі, які в багатьох випадках простоюють не через відсутність вимог до їх експлуатації, а внаслідок нераціонального завантаження технологічного обладнання.

Вказана проблема багато в чому може бути вирішена на основі вдосконалення оперативного управління завантаженням технологічного обладнання. Значніш вклад в її рішення внесли дослідження Василенко С.І., Гавріша А.П.. Горанського М. Д, Давіденко К.Я., Дерябина А.Л.. Домарецького И.А., Дмитріева А.К., Емельянова C.B., Краснопрошиной A.A., Мальцева П.А., Майоріва С.А., Забродського В.А., Скуріхина В.И., Слєпдова А. И., Танаєва B.C., Шкурби В.В., Юрасова A.A., Ямпольського Л.С. Роботи цих і інших авторів є теоретичною основою сучасних засобів автоматизації технологічних процесів.

Сучасний рівень розвитку засобів автоматизованих технологій дозволяє в багатьох випадках отримувати економічний ефект навіть при значному зменшенні серійності виробництва. Багатофункціональність та універсальність виробничого обладнання приводить до того, що основною задачею в умовах дрібносерійного та одиничного виробництва є раціональне використання наявних ресурсів. Дана задача не може бути вирішена тільки на основі конструкторського досвіду і емпіричних знань окремих проектувальників і повинна бути формалізована і доведена до конкретних алгоритмів і програмних засобів прийняття рішень. Таким чином, проблема автоматизації' дрібносерійного та одиничного виробництва є набагато більш широкою, ніж вона ставилася до цього часу в літературі.

Комплексна автоматизація крупносерійних виробництв вимагає охоплення всіх його складаючих, в тому числі і забезпечуючих одиниць, зокрема інструментальних виробництв, характерних підприємствам багатьох галузей промисловості. Інструментальні виробництва повинні оперативно (у перебігу декількох годин) виконувати заявки основного виробництва, схильного до зовнішніх обурень із забезпеченням гнучкості автоматизованого виробництва загалом. Рішенню цих задач і присвячено зміст даної дисертації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

У роботі узагальнені результати, отримані автором при виконанні держбюджетних НДР 1996-1999 p., відповідно до координаційного плану

кафедри кібернетики та обчислювальної техніки Севастопольського державного технічного університету.

Мета і задача дослідження

Мета дисертаційної роботи полягає у вдосконаленні оперативного управління завантаженням технологічного обладнання (УЗТО) в умовах автоматизованого виробшщтва за рахунок модернізації алгоритмів оперативного планування технологічних процесів і лінгвістичного забезпечення. Для досягнення мети вирішений комплекс задач:

1. Аналіз існуючих методів оперативного управління завантаженням технологічного обладнання і системотехнічних принципів організації ефективного і узгодженого у часі і просторі руху матеріальних об’єктів.

2. Вибір критерію ефективності управлінських рішень, що забезпечує розв’язання конфліктної ситуації між доступним реальніш часом і досягненням необхідної якості.

3. Побудова математичної моделі оперативного управління завантаженням технологічного обладнання з різними маршрутами проходження матеріальних об'єктів, на основі якої здійснюється пошук оптимального (по вибраному критерію ефективності) рішення.

4. Розробка комплексу алгоритмів на основі методу віток і меж (ВіМ), за допомогою яких можна формувати розклад руху виробів між технологічними осередками при варіантній адресації і різних маршрутах, прогнозувати час генерації субоптимальних рішень, приймати рішення про доцільність продовження пошуку.

5. Дослідження ефективності алгоритмів, що гарантують формування прийнятних субоптимальних рішень; визначення шлях}' її підвищення з урахуванням необхідності реалізації в режимі реального часу і, при необхідності, синтез алгоритмів, що задовольняють додатковим вимогам і обмеженням.

6. Дослідження стійкості отриманих рішень при параметричному обуренні основних факторів.

7. Розробка лінгвістичного забезпечення як засібу оперативного управління завантаженням обладнання на основі мови представлення схем технологічних процесів і методики його реалізації.

8. Випробування отриманих результатів у цеху механообробки судноремонтного підприємства і оцінка техніко-економічних показників ефективності рішень, що пропонуються.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Обгрунтовано і розроблено оригінальний критерій оцінки ефективності оперативного управління в реальному часі.

2. Запропоновано математичну модель і на її основі методику прийняття рішень про субоптимальну зупинку процесу оптимізації стосовно до задачі формування оперативного плану завантаження технологічного обладнання із заданими маршрутами.

3. Сформульовано і доведено твердження про необхідні умови існування оперативного плану управління, виконання якого завершується в задані терміни.

4. Запропоновано комплекс алгоритмів пошуку субоптимальних і оптимальних рішень на основі методики «поліпшення допустимого рішення».

5. Розроблено методику дослідження стійкості рішення задачі оперативного планування, сформульовано рекомендації технологу про дії у разі стійкості і нестійкості отриманих результатів,

6. Розроблено спеціалізовану С-мову на базі об'єктно-орієнтованої технології для опису структурних схем технологічних процесів.

7. Запропоновано спосіб формульного запису схем технологічних процесів і методику побудови на базі формульного запису матриць тривалості і послідовності технологічних операцій.

8. Запропоновано методику організації і використання бібліотеки імітуючих компонентів, яка на основі середо вища візуального програмування дозволяє здійснити імітаційне моделювання для рішення задач управління технологічними процесами.

Практичне значення одержаних результатів

Розроблено методи, підходи і рекомендації технологу виробництва по вдосконаленню організації оперативного управління завантаженням технологічного обладнання. Впроваджено у виробництво комплекс програмних засобів оперативного управління завантаженням технологічного обладнання при довільному маршруті проходження матеріальних об'єктів; розроблено лінгвістичне забезпечення на основі візуальної технології програмування, орієнтоване на рішення задачі оперативного управління для класу систем, що розглядається; розроблено спеціалізовану систему імітаційного моделювання виробничих систем на базі засобів середовища візуального програмування Беїріи; з використанням програмного забезпечення створено АРМ технолога для рішення поставлених задач.

Запропоновані в роботі методи і програмно-алгоритмічні засоби впроваджені в цеху механообробки підприємства

«СЕВМОРСУДНОРЕМОНТ» ВАТ «Севморзавод». Річний економічний ефект, що припадає на частку претендента, становить 15.7 тис. грн. (в цінах 1999 р.) Систему' автоматизації оперативного планування також впроваджено в Кримській лабораторії Державного астрономічного

інституту ім. П.К. Штенберга для управління завантаженням астрономічного обладнання. ,

Особистий внесок здобувана

Дисертаційна робота виконана автором самостійно, на основі особистих ідей і розробок. Прк використанні результатів досліджень інших авторів вказувалися літературні джерела наукової інформації.

Апробація результатів дисертації

Основні положення дисертаційної роботи докладалися і обговорювалися на: 3-й Українській конференції «Автоматика-96» (Севастополь. 1996). 2-й міжнародній наугково-технічній конференції CAD/DD 97 (Мінськ, 1997), 1-й і 2-й міжнародних науково-технічних конференціях Інфотех (Севастополь, 1998, 1999), республіканській науково-технічній конференції «Проблемні питання будівництва та розвитку BMC України, озброєння та військової техніки» (Севастополь, 1998), міжнародній науково-технічній конференції «Автоматизація: проблеми, ідеї, рішення» (Севастополь, 1999).

Публікації

По матеріалах дисертації опубліковано 11 статей в наукових журналах і збірниках, включаючи тези доповіді.

Структура і об'єм дисертації

Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку джерел, що використовуються із 106 найменувань і додатку. Робота викладена на 144 сторінках машинописного тексту, включає 23 малюнки і 14 таблиць. ...

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовано мету’ і задачі дослідження, основні положення що захищаються автором, наведено короткий зміст дисертації.

У першому розділі розглядаються особливості оперативного управління завантаженням технологічного обладнання (ТО) і виділяються системотехнічні задачі, які необхідно вирішити для забезпеченння ефективного використання виробничих потужностей; наводиться аналітичний огляд методів їх рішення.

Однією з найбільш складних і актуальних є задача оперативного планування руху виробів виробництва з різними маршрутами їх проходження між технологічними комірками. Внаслідок аналізу встановлено, що задача формування оптимального (за часом) оперативного плану завантаження технологічного обладнання (з урахуванням часу на її рішення) має теоретичне і практичне значення.

У розділі 1.3 на основі методів теоретико-множинного підходу розглядається задача оцінки ефективності оперативного управління автоматизованою виробничою системою в реальному часі. Під впливом дестабілізуючих факторів або команд системи управління АПС в момент часу t потрібно перейти до випуску виробів ßj на базі вхідного потоку ос,, je І, де І - множина припустимих для даного виробництва вхідних потоків. Встановлено, що існує кінцева множина станів, що

£

задовольняють умові ßj=X;(aj) • Необхідне переналагоджування АПС

визначається завданням впорядкованої послідовності о на множині припустимих елементарній дій у. Існує кінцева множина варіантів - £ вибору при переході %г> . де і, je І. Для оцінки ефективності вибору

' ^ стану задано критерій, що визначає деяку величину прибутків т(% -).

Вибір можливих рішень зміни ^ де і, je І, пов'язаний з втратами

• • к (тимчасовими, вартісними і інш.). величину яких визначено як ц(о,;).

Для оцінки ефективності управлінських рішень, що приймаються, використовувалося відношення ,

»=4&- ' " . ;<»

Для забезпечення 9->тах потрібно, щоб т(/^)->гаах. а min.

Потрібно зазначити, що для абсолютної більшості додатків величини т і ц взаємопов'язані, а задачі мінімізації і і знаходження максимума Ц є взаємно суперечливими.

На основі аналітичного огляду методів оперативного управління визначені цілі і задачі досліджень.

У другому розділі розглядається задача оперативного планування прямування матеріальних об'єктів і завантаження технологічного обладнання. Досліджуються промислові системи, в яких виробничий процес умовно розділений на дві фази: оітгимізації і планування, і, безпосередньо, виробництва.

Якщо ефективність такої системи визначається тимчасовим критерієм, то на основі висловлювання (1) хтя оцінки ефективності управлінських рішень 9„ можна записати

=------р—Ц-----------> шах ’ (2)

тах(/,:(?])) +tn(jj)

/ = 1,.V .

де '.М - момент часу завершення обробки і-й заготівлі згідно з

виробничим оперативним планом г|, /«(л) - час, необхідний на

підготовку виробничого процесу. Вказується, що величина /п(П) при різних маршрутах проходження матеріальних об'єктів багато в чому визначається часом, необхідним на рішення задачі оперативного планування.

У розділі 2.1 аналізується модель системи з варіантною адресацією, тобто довільним маршрутом проходження виробів між технологічними комірками. Поставлена задача оперативного управління для М технологічних комірок і п об'єктів виробництва; вводяться в розгляд матриця тривалості технологічних операцій А і координаційна матриця Є, що визначає час обробки в технологічній комірці Ь об'єкта К. Сформульовані умови, яким повинен задовольняти оперативний план завантаження обладнання. Пропону ється оцінка оптимальності плану завантаження пристроїв на основі функції штрафу

/■ = шахК + Ав).

Розглядається алгоритм формування оптимального по тимчасовому критерію плану завантаження ТО на базі методу віток і меж (ВіМ). Вітвлення здійснюється по критерію мінімуму простою технологічної комірки;

»і =ІІ.УІЇ ■(«<„-Ои -Аи).

«=1 ¿=\

де у£’. - бінарне відношення послідовності обробки виробів і та]

технологічною коміркою Ь.

Рекомендується використати алгоритм на базі методу ВіМ як генератор субопгимальних рішень; виконана оцінка часу, необхідного для формування чергового рішення; оцінена доцільність продовження вітвлення на основі методів теорії прийняття оптимальних рішень.

Досліджено час пошуку оптимального рішення і встановлено, що використання даного алгоритму в класичному трактуванні для пошуку ефективного управлінського рішення в реальному часі не доцільне. На малюнку’ 1 представлені гістограми, що відображають характерну залежність зміни функції штрафу Р і оцінки оптимальності управлінського рішення 9. що визначається висловлюванням (2), в залежності від часу Ш, відведеного на рішення задачі оперативного планування.

ЕЗМ=4 п=4 0М=4 п=5 ОМ=4п=6 ПМ=5п=5 НМ=5п=6

1 5 10 20 30 40 50 60 1н

1 0 М=4 п=4 0 М=4 п=5 □ М=4 п=б □ М=5п=5 0М=5п=6

'1 а є

5 4 3 2

: , 1 5 10 20 30 40 50 60 Ж '

Малюнок 1 - Залежність функції штрафу И та ефективності 9 прийнятого рішення від часу Ін, відведеного на рішення задачі.

Зокрема, розглядається задача прийняття рішення в умовах невизначеності при двох альтернативах: хі-продовжувати вітвлення, х2 -зупинитися на знайденому рішенні. Z={z^, г2, -повна група подій, де 2і визначає, що в процесі подальшого вітвлення буде знайдене рішення зі значенням функції штрафу Р=РШІП; г? - буде отримане рішення зі значенням Б таким, що РгаіІ,<Р<Ря1, де рг = піт/м і') - ^3 визначає, що

л .я

шукане оптимальне рішення вже є в множині розгляну тих варіантів.

Сформована матриця корисності; рішення приймається на основі критерію Севіджа або Гурвіца з постійним або змінним коефіцієнтом «оптимізму-песимізму» а. Результати експериментів по застосуванню різних варіантів алгоритмів при заданих коефіцієнтах матриці А представлені в таблиці 1. Зроблено висновок про те, що кращі управлінські рішення можуть бути прийняті на основі критерію Гурвіца із змінним а.

Таблиця 1 - Результати експериментів по формуванню оператішного

плану' завантаження пристроїв за допомогою різних алгоритмів

Метод рішення Р(с) іа (с) Эвх103

Повний перебір 265 2764,5 0,33

Алгоритм на базі методу ВіМ 265 92,2 2,80

Модифікований алгоритм з використанням критерію Севіджа 284 54,6 2,95

Модифікований алгоритм з використанням критерію Гурвіца (а=0.5) 298 42,5 2,94

Модифікований алгоритм з використанням критерію Гурвіца із змінним а 271 58,3 3,04

Внаслідок аналізу ефективності алгоритмів встановлено, що великий діапазон часу генерації чергового рішення за допомогою методу' ВіМ приводить до нестабільності роботи використаних алгоритмів. У зв'язку з цим пропонується підхід, який надалі будемо називати «метод поліпшення припустимого рішення» (ППР). Він базується на доказі наступного твердження: рішення задачі плану вання, при якому обробка всіх виробів завершується до деякого директивного терміну Б, існує тоді і тільки тоді, коли для кожної операції з максимального ланцюжка Спи* існує хоч би один незалежний процес Сь в який входить операція Аі^., і’Є і, такий, що 1(Ск)<Су^Ау-крмх-\|/тах; \|/р<фр, р=1..п, де ц/р -простій у роботі обладнання (в обробці виробу), а срр - величина припустимого простою.

Основою алгоритму є логічна рекурсивна функція «ПЕРЕВІРКА», що дозволяє встановити існування оперативного плану завантаження ТО, згідно з яким обробка виробів завершується до директивного терміну' Б. Водночас функція виконує побудову координаційної матриці Є. В алгоритмі використовуються наступні структури даних: п' -

розмірність мінору матриці тривалості А: X, І - вектора, зберігаючі номери операцій ланцюжка Стах; Р - список процесів; Н - список матриць Ап' хп”, п"<п'., що ВІДНОСИТЬСЯ ДО КОЖНОГО процесу ІЗ СПИСКУ Р; Ср2гї - вектор припустимих значень простоїв; ^ - вектор поточних значень простоїв, І* - час початку виконання групи операцій.

ПЕРЕВІРКА (п’, А Д С, І*).

Крок 0. Якщо (п'=1 и Аи<В), то результат ІСТИНА, інакше -рез}'льтат ХИБНІСТЬ. Вихід. Якщо всі елементи Є більше або рівні 0, то обчислити Р(С). Результат рівний Р(С)<0, Вихід.

Крок 1. Для повних процесів Сі*, і*=1..2п',, обчислюємо значення КСі*), ф(Сі«), визначаємо Сщ«- Л=-1. где і=1..п': операції Стах заносяться

до СПИСКУ X.

Крок 2. Вибирати чергову операцію Ау з X, якої немає в і. Якщо такої операції немає, перехід до кроку 11. Занести номер А,до І: С^=1*.

Крок 3. Формування сгпісоку Р з варіантів процесів паралельних і незалежних від А, ,, для яких ](С^)<Оц"гА])+фтт-^/1ТШ1 кгі При цьому для будь-якого А^- з Ск вважаємо Оч=-1; і'=Оу+Ау+сртш-^тіп.

Крок 4. Якщо список Р пустий, то перехід до кроку 11.

Крок 5. Вибір чергового процесу р' з Р. Запис до І операций р'. Формування списку Н із матриць А' розмірністю п", де п"<п. В кожну матрицю заносяться елементи матриці А, для яких Амгр', при

умові, що для будь-якого повного процесу С\, де \=1..п", має місце 1(СУ)<Ґ. 1*=АЧ+Г(р').

Крок 6. ПЕРЕВІРКА^1,А’,Ґ,Є,г*) для кожної матриці із Н. Якщо результат ХИБНІСТЬ, то виключити А' із Н. Якщо список Н пустий, то виключити процес р' із списку Р.

Крок 7. Якщо список Р ПУ СТИЙ, то перехід до кроку 11.

Крок 8. Корекція векторів VI/ та <р.

Крок 9. Виключити Ау із X. Якщо у X є ще операції, то перехід до кроку 2, інакше ВИХІД.

Крок 10. Якщо список Н пустий, то виключити р' із Р, інакше виключити перший елемент Н. Перехід до кроку 4.

Крок 11. Зміна порядку операцій у X.

Крок 12. Якщо залишились нерозглянуті варіанти, то перехід до кроку 2, інакше результат ХИБНІСТЬ. Вихід.

Показано, що при послідовному застосовуванні функції «ПЕРЕВІРКА» і зменшенні директивного терміну Б за кінцеве число кроків буде знайдене оптимальне по тимчасовому критерію рішення.

На відміну від алгоритму на базі методу ВіМ на кожній ітерації буде сформовано рішення, що знаходиться ближче до оптимуму, чим попереднє. Початкове наближення до оптимуму може бути отримане за допомогою евристичного алгоритму.

Дослідження тимчасових характеристик алгоритму на базі ППР показало, що формування оптимального за часом оперативного плану вимагає істотних тішчасових витрат. Для пошуку ефективного рішення по критерію (2) пропонується модернізований алгоритм, в якому доцільність виконання чергової ітерації визначається відповідно до алгоритму ВіМ.

У таблиці 2 представлені усереднені результати експериментів по формуванню плану' оперативного управління завантаженням технологічного обладнання для різної розмірності п матриці А.

Таблиця 2 - Усереднені показники ефективності рішень, отриманих за допомогою алгоритмів ВіМ і ГіІІР ___________

Метод рішення Эвх103 (п'=4) V103 (п’=5) sBxio3 (п*=6) Эвх103 (п'=8) Эвх 103 (п"=9) ЭвхЮ3 (п*=10)

Алгоритм ППР 3.56 2,98 1,27 0,96 0.51 0,18

Алгоритм ВіМ 3,92 3.04 0,84 0,24 0,04 0,01

На основі даних таблиці 2 слідує, що алгоритм на базі методу ППР ефективніше по критерію (2) алгоритму1 на базі методу' ВіМ.

У розділі 2.2 приведено рішення задачі з різними маршрутами матеріальних об'єктів виробництва. Запропоновано математичну модель, в якій тривалість робіт визначається матрицею А, а порядок робіт -матрицею передування Y*. Визначено, що УЦ>У,., якщо операція К„ L, слідує у часі за операцією К,. Lj; YIJ<Y,.Ji якщо об'єкт j переміщується до технологічної комірки і після того, як він буде оброблений на технологічній комірці і. Розклад є допустимим, в тому і тільки тому випадку, якщо для будь-якого елемента G,, виконується система нерівностей:

G >G.„ +Д,., Г=ТУ.Ї,.. <Yr,

У * J ‘ j 7 * J ь

, < G„ < Gt,} + A,,J, і * = 1, п , Yt.j > Yv,

, \G,j-Gik\>A,k, k=l,n.

Для побудови оптимального план}' завантаження технологічного обладнання в задачі з різними маршрутами пропонується використати модифікований метод ППР. Обговорюються поправки, які необхідно внести в алгоритм формування рішення для систем з варіантною адресацією.

У розділі 2.3 розглянуто задачу' про стійкість результатів оперативного планування при зміні коефіцієнтів матриці тривалості А. Нехай А - множина всіх можливих значень коефіцієнтів матриці А. Для будь-якого А0єА* можна визначити множини П(Ао) і А(А0) відповідно всіх оптимальних і всіх припустимих рішень задачі планування з коефіцієнтами, що складають набір А0.

Нехай О* множина всіх можливих значень коефіцієнтів й і С°є£2(Ао). Передбачається, що О(Ао)^0. Вводиться в розгляд відношення порядку в(Сс), представлене матрицею У° з цілочисельними коефіцієнтами, такими, що У0у>У0и, якщо С°у>С°м: У°и<У\-ь якщо 00іі<С°кі; якщо 0°1|=Сокі, і=1..п’, де )=1..п’, к=1..п . 1=1..п*. Для заданих АоєА*. У°=в(00єО(А;,)) і деякої множини \УсС*. що включає необхідно визначити підмножину А(\У) в А* таке, що з існування 0(Со)=Уо, СєО(Ао)о\У, де АєА*, слідує, що Р(С°)<Р(0, і навпаки. Надалі, множину А(\¥) названо множиною И-стійкості. а рішення Єє0(Ао)піШ - И-стійким. . =

Запропоновано методику оцінки стійкості і розроблено алгоритм, що дозволяє паралельно із форму ванням оперативного плану провести аналіз стійкості рішень. Сформульовано рекомендації технологу про вибір стратегії управління при стійких і нестійких результатах рішення задачі планування.

У третьому розділі розглянуто питання побудови лінгвістичного забезпечення системи управління завантаженням технологічного обладнання, розроблено структуру і склад автоматизованого робочого місця (АРМ) технолога.

У розділі 3.1 запропоновано лінгвістичне забезпечення для рішення задачі прийняття рішень в управлінні завантаженням технологічного обладнання.

У розділі 3.2 зроблено аналіз методів підготовки інформації для рішення задачі оперативного планування на основі формульного запису схеми технологічного процесу як ланцюжка символів, що складаються з ідентифікаторів технологічних операцій і операцій формульного запису: конкатенації Ох->Оу; вибору Оу'уО;-; ітерації {Ох}п; варіантної послідовності Ох, Оу: паралельних операцій і процесів Ох|Юу. На множині операцій формульного запису введено бінарне відношення

пріоритету. Сформульовано аксіоми тотожних перетворень. Запропоновано методику перетворення формульного запису в матриці тривалості і передування.

Визначення правил нової мови не вирішує задач підвищення ефективності лінгвістичного забезпечення загалом. У цей час перспективним є підхід, заснований на поєднанні візуального графічного інтерфейсу і текстового формалізованого опису технологічного процесу.

У розділі 3.3 розглянуто об'єктно-орієнтовану С-мову представлення схем технологічних процесів з візуальною системою формування описів з розділенням опису схеми технологічного процесу, опису структури і складу технологічного обладнання. Прив'язка до . конкретної виробничої системи здійснюється шляхом введення операції проекції схем технологічного процесу на структу ру виробничої системи.

У розділі 3.4 обгрунтовано доцільність використання транслятора на основі компонентів середовища РсІрЬі. Запропоновано формальну граматик}’ в стандарті ЬЬ-1 і методи реалізації процедур лексичного і синтаксичного аналізу. У зв'язку з тим, що при створенні нових виробничих комплексів основним джерелом інформації про систему є її імітаційна модель, запропоновано методик}’ трансляції речень на С-мові в терміни імітаційної моделі на базі компонентів серсдовшца візуального програмування ОеІрЬі. Оскільки С-мова і компоненти імітаційної моделі побудовані на основі об'єктно-оріснтованої технології, запропоновано методику оптимізащї структу ри дерева ієрархи програмних об'єктів.

У четвертому розділі розглянуто питання практичної реалізації результатів досліджень на прикладі рішення задачі оперативного управління завантаженням технологічного обладнання цеху . механообробки судноремонтного підприємства.

Приведено опис експеримента по формуванню оперативного плану1 спільного виготовлення чотирьох видів деталей на 6 технологічних комірках. Запропоновано схеми технологічних процесів на С-мові і визначена їх проекція на структуру виробничої системи.

Порівнюються результати формування оперативного плану: за допомогою методу повного перебору, алгоритму на базі методу' ВіМ, алгоритму на базі методу ППР і рішень, запропонованих технологом виробництва. Підтверджено висновок про те, що найбільш ефективне рішення можливе за допомогою методу ППР. Представлено функціональну' структуру АРМ технолога (малюнок 2).

Зовнішні системи АС ТГЇВ, АСУ ТП, АСУВ ...

Малюнок 2 - Склад і структура АРМ технолога для управління завантаженням ТО

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Проведено аналіз існуючих методів управління завантаженням технологічного обладнання і встановлено, що в умовах управління в реальному часі формування оптимального за часом плану завантаження не ефективне. Пропонується методика оцінки ефективності управлінських рішень при зміні характеру виробництва або впливі зовнішніх факторів.

2. Формалізовано спосіб представлення даних для рішення задачі оперативного планування завантаження технологічного обладнання з різними маршрутами руху матеріальних об'єктів.

3. Розроблено процедуру пошу ку субоптимального рішення задачі оперативного планування методом поліпшення допустимого рішення, яка забезпечує більш високі показники ефективності, ніж процедура на базі .методу віток і меж.

4. Оцінена стійкість рішення задачі оперативного планування завантаження технологічного обладнання і дано рекомендації технологу про прийняття рішень з урахуванням стійкості сформованого оперативного плану1.

5. Створено лінгвістичне забезпечення АРМ технолога для реалізації оперативного управління завантаженням технологічного обладнання. Запропоновано типовий склад і структуру програмних модулів, що входять в лінгвістичне забезпечення, і знайдено ефективні способи їх реалізації.

6. Встановлено, що найбільш адекватним і ефективним підходом до реалізації лінгвістичного забезпечення АРМ технолога є поєднання візуального інтерфейсу з об'єктно-орієнтовашш представленням виробничих об'єктів. Розроблено методику оптимізації структури об'єктів.

7. Вдосконалення оперативного управління завантаженням технологічного обладнання в умовах автоматизованого виробництва досягнуто за рахунок впровадження методик, що дозволяють скоротити час на розробку' і опис плану управління.

Рекомендовано використання АРМ в складі АСУ ТП в умовах автоматизованого виробництва на базі ПЕОМ, оснащеній процесором Іпіеі РеШіит 200 з оперативною пам'яттю не менше за 32 МБайт. Перед використанням АРМ рекомендується заповнити бібліотеки описів технологічних процесів і виробничих структур. Передбачено поповнення бібліотек в процесі експлуатації АРМ.

Осііошіі результати дисертації опублнковані в наступних наукових нрацнх:

1. Сергеев Г.Г. Построение ішитационньк моделей устройств средствами среды Delphi /ІВестник СевГТУ. - 1998,- №10,- С.55-57.

2. Сергеев Г.Г. Скатков A.B. Имитавдюнное моделирование как способ получения информации о ситеме // Сборник научных трудов Севастопольского военно-морского института. Серия «Информация и распознавание в системах локации и управления». - Севастополь.-Вып.2.-1998,-С.3-8.

3. Сергеев Г.Г., Скатков А.В. Оптимальный по быстродействию порядок обработки данных при различных информационных маршрутах // Сборник научных трудов Севастопольского военно-морского института. Серия «Информация и распознавание в системах локации и управления».-Севастополь.-Вып.2. -1998,-С.47-54.

4. Сергеев Г.Г. Анализ устойчивости решения одной задачи построения оптимального оперативно-календарного плана работы производственной системы // Оптимизация производственных процессов,- 1999,-№2.-1999.-С.133-137.

5. Сергеев Г.Г., Скатков A.B. Моделирование устройств средствами среды Delphi // Автоматизация проектирования дискретных систем (Материалы конференции CAD/DD-97).- Минск: Институт технической кибернетики АН Беларуси. - 1997,-С.29-33.

6. Сергеев Г.Г. Эвристический алгоритм формирования расписания

при произвольном порядке обслуживания. // Материалы 1-й международной научно-методической конференции «Информационные технологии в учебно-методической и научной деятельности». - Севастополь: СевГТУ. -1998. -С.61-63. '

7. Скатков A.B., Сергеев Г.Г. Об одном подходе к имитационному

моделированию сложных систем// Материалы 1-й международной научно-методической конференции «Информационные технологии в учебнометодической и научной деятельности». - Севастополь: СевГТУ. -1998. -С.38-45. ’

8. Сергеев Г.Г. Оптимизация структуры классов в объектноориентированных программах моделирования производственных систем // Материалы П-й международной научно-методической конференции "Информационные технологии в учебно-методической и научной деятельности». - Севастополь: СевГТУ. -1999. - С.69-73.

9. Сергеев Г.Г., Скатков А.В. Потенциальная гибкость как базовый фактор, определяющий эффективность ГПС// Материалы Il-й международной научно-методической конференции «Информационные техноло-

гии в учебно-методической и научной деятельности». - Севастополь: СевГТУ. -1999. - С.73-76.

10. Сергеев Г.Г. Анализ устойчивости решения одной задачи построения оптимального оперативно-календарного плана работы ГПС// Материалы 11-й международной научно-методической конференции «Информационные технологии в учебно-методической и научной деятельности». - Севастополь: СевГТУ. -1999. - С.69-73.

11. Сергеев Г.Г. Автоматизация решения одной задачи построения расписания. //Материалы 3-й украинской конф. по автоматическому управлению. - Том 2. - Севастополь:СевГТУ. - 1996. -С. 142-143.

АНОТАЦІЯ

Сергеев Г.Г. Методи вдосконалення оперативного управління завантаженням технологічного обладнання в умовах автоматизованого виробництва. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністью 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів. Севастопольський державний технічний університет, Севастополь. 2000,

У дисертації розглядаються нові методи вдосконалення оперативного управління завантаженням технологічного обладнання. Вирішено задачу формування ефективного оперативного плану завантаження пристроїв. Критерій оцінки ефективності враховує час, витрачений на побудову плану. Пропонуються методи аналізу стійкості отриманих рішень. Розглянуто принципи реалізації лінгвістичного забезпечення автоматизованого робочого місця технолога. Застосування запропонованих методів дозволяє значно підвищити ефективність виробничих процесів з різними маршрутами проходження матеріальних об'єктів.

Ключові слова: оперативне управління, планування, критерій ефективності, стійкість, лінгвістичне забезпечення.

АННОТАЦИЯ

Сергеев Г.Г. Методы совершенствования оперативного управления загрузкой технологического оборудования в условиях автоматизированного производства. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов. - Севастопольский государственный технический университет, Севастополь, 2000.

Рассматриваются новые методы совершенствования оперативного управления загрузкой технологического, оборудова-

ния на основе модернизации математического и программного обеспечения системы управления.

Решена задача формирования эффективного (по быстродействию) оперативного плана загрузки устройств. Проведен сравнительный анализ результатов работы алгоритмов, основанных на методе ветвей и границ и оригинальной методики «улучшения допустимого решения». Критерий оценки эффективности учитывает время, затраченное на построение плана. Установлено, что поиск оптимального решения в условиях временного дефицита является нецелесообразным, вследствие чего решена задача субоптимальной остановки поиска решения на базе методов теории оптимальных решений. Рассматривается задача об устойчивости оперативного плана загрузки технологического оборудования и разработаны алгоритмы для ее решения. Рассмотрены принципы реализации лингвистического обеспечения автоматизированного рабочего места технолога. Предложен эффективный С- язык описания схем тсхнолопгческих процессов с использованием визуальной и объектно-ориентированной технологии программирования. Рассматривается состав и структура программного обеспечения автоматизированного рабочего места технолога. Результаты апробированы применительно к производственному процессу механообработки судоремонтного предприятия. Использование предложенных методов позволяет существенно повысить эффективность производственных процессов с различными маршрутами следования материальных объектов.

Ключевые слова: оперативное управление, планирование, критерий эффективности, устойчивость, лингвистическое обеспечение.

ABSTRACT

Sergeev G. G. Equipment loading operative control improvement methods in the automated manufacture environment. - Manuscript.

This is a dissertation for a candidate of technical science degree by speciality 05.13.07 - automation of technological processes. - The Sevastopol state technical university. Sevastopol. 2000.

In the dissertation the new methods of improvement of operative control of loading of the process equipment are considered. The problem of formation of the effective operative plan of loading of devices is solved. The criterion of an estimation of efficiency takes into account the time spent on construction of the plan. The methods of the stability analysis of the received decisions are offered. The principles of the lingware realisation of the automated technologist workplace are considered. The application of the offered methods allows essentially to improve the efficiency of productions with various routes of material objects.