автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Методы управления производственными системами с учетом влияния возмущающих факторов

На правах рукописи Экз. N

УДК 62.50

КЬЕЙ СУАН ЗЫОНГ --- 6

МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ СИСТЕМАМИ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ВОЗМУЩАЮЩИХ ФАКТОРОВ

05.13.01 - Управление в технических системах

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Институте машиноведения им. Благонравова А Российской академии наук

Научные руководитель : Доктор технических наук

БОЛНОКИН В. Е.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

НОСОВ В. Р.

Кандидат технических наук ПУРЦУЛАДЗЕ Г. К

Ведущая организация : Научно-производственное объединение

" АВТОЭЛЕКТРОНИКА "

Защита состоится " 5 " л^релЗ 1990 г. в_часов

заседании Специализированного Совета Д. 063.68.05 при Москов« государственном институте электроники и математики ( Техничеы университете) по адресу : Москва, Б. Трехсвятительский пер., д. 3/1'.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московс» государственном институте электроники и математики.

Автореферат разослап " 2О " ~<гу, та_ 1900 г.

Ученый секретарь • Специализированного Совета

Кандидат технических паук БУЗНИКОВ С. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.РАБОТЫ

!

Актуальность. В настоящее время в Социалистической Республике гнам машиностроительное производство развивается достаточно энсивно и высокими тешами по всем основным /направлениям народ-э хозяйства. В СРВ создаются новые современные заводи и фабрики, ащвнные современным технологическим оборудованием и мощными пьютеризированными системами управления. Все это позволяет спечить высокую эффективность управления производством. Однако устойчивое развитие производства существенное влияние оказывают шичнне плохо учитываемые или случайные факторы. Для обеспечения гойчивой работы предприятий нужно во-первых улучшать общую эко-гаческую ситуацию в стране, и, во-вторых, внедрить' новые методы равления производством. Второй путь очень перспективен поскольку и малых затратах он может дать хорошие результаты. Реализация орого направления осуществляется путем внедрения адаптивных при-тов в работу предприятий, основанных на новых подходах к плана-ванию производства с учетом случайных помех и сбоев. .

Задачи управления и планирования производством изучались )зными авторами и,-в частности, В.Н. Васильевым, В.А. Петровым, .Е. Болнокиным, П.й. Чинаевым, Э.Г. Кофманом, Дя. Моудером, Нгувн сук Лоаном и др. Однако многие задачи адаптивного управления роизводством с учетом влияния возмущающих факторов еще не иссле-ованы. В предлагаемой работе изучаются некоторые из этих задач.

Таким образом, .тема диссертации представляется' актуальной и овременной.

Цель^ работы. Целью работы является создание моделей функвдо-иро^ашя производственных систем с учетом влияния . возмущающих факторов, разработка методов оценки неизвестных параметров при

планировании производственных систем и методов оценки неизввсз параметров случайных возмущений.

Методы исследования. Для решения поставленных здесь задач пользовались методы теории расписаний, теории вероятностей, тес марковских процессов и теории идентификации.

Подтверждением работоспособности предложенных методов и ал ритмов является компьютерное моделирование этих алгоритмов, а т зш их аппросация на машиностроительном объединении "УШРРШ" промышленной зоне Бьенхоа, г. Хошимин, СРВ.

Научная новизна. В диссертационной работе предложены:

- математические модели функционирования производственных сис при наличии случайных параметров,

- математические модели случайных возмущений, связанных со сбо, в энергетических установках,

- методы оценки неизвестных параметров в схемах оценивания методам максимального правдоподобия и обобщенных байесова оценок,

- алгоритмы и программы планирования в производственных система: компенсацией влияния случайных возмущений.

■ •

Достоверность полученных результатов основана на строго« выкладок и приемов, использовании методов теории расписаний вероятностей, теории марковских процессов'и теории идентификащ Она также подтверждается компьютерным моделированием и практиче ким внедрением в производство.

Практическая ценность работы. Основная практическая ценное работы состоит в том, что ее результаты и методы служат, увеличен производительности машиностроительных производственных комплексе Нетематические модели и алгоритмы реалированы в виде паке

- б -

шадных программ для IBM/AT/486. • Результаты, полученные в это, могут быть использованы не только для повышения производи-ьностм машиностроительных производств, но такжо и в других эслях промышленного производства. j

Внедрение. Результаты диссертационной работы использовались: научно-исследовательских работах Института машиноведения им. •А. Благонравова РАН:

учебном процессе по курсу "Автоматизация "производственных провесов" на кафедрах "Измерение и автоматическое управление" в анойском политехническом институте (г. Ханой) и Государственном эхническом университете (г. Хошимин);

ри создании системы автоматизированного управления цехом меха-ообработкп' завода VINAPPRO государственного объединения SAKYN0;

научно-производственных разработках промышленной кошании RIEHT (г. Ханой).

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доклады-ись и обсуждались на семинаре в Институте машиноведения РАН и ойском политехническом институте.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит введения, четырех глав, основных выводов, литературы и прилокв-;, всего 117 страниц. Список литература содержит 36 названий, пз. : 5 на вьетнамском языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечается актуальность разработай методов управ-ия производственными системами с учетом влияния возмущающих ¡торов. Сформулирована цель исследования, кратко изложено содер-ие диссертации, .сформулированы основные положения, полученные

автором и вшостше на защиту, а также результата внедрения в учебный процесс и в промышленность.

Первая глава посвящена концептуальным и математическим вопросам построения производственных систем, обладающих системами управления и технологической, структурой, обеспечивающими адаптации производства к изменению внешних и внутренних условий функционирования системы. Описано конкретное производственное машиностроитель лое■ объединение УШАРРШ (Бьенхоа, г. Хошимин). Далее приводятся основные алгоритмы составления календарных планов для такого типе производств в детерминированной и стохастической постановке. Основной результат этой главы для задачи предварительного планирована следующий:

Пусть каждая партия-операция рассматривается как отдельнаг партия запуска, для которой заданы срок поставки и директивны! срок выпуска, причем, если (р,Л и (р,/И) - две парташ-операцш над одной партией деталей, следувдих друг за другом, и им соответствуют новые номера партий р' и р", то директивный срок выпуск; предыдущей партии становится сроком поставки следующей за не! партии:

V = ар„ .

Предполагается также, что профилактический ремонт отсутствует.

Требуется построить незадерживающее расписание

I ='(т0,£р), р = 1,2.....Р,

минимизирующее функционал качества

Ь = шах Пп) р и V

и удовлетворяющее условию

* > г1

.

- помор модуля, па котором обрабатывается паргал р = 1,2,...,?; •

- начало обработки партии р;

= ip + ip - oicoinsinio обработки парки р.

теогеиа. Чтобы существовало расписании (.tp^t^, влетворящее директивным срокам Z}^1, р = 1,3.....Р , необходимо

юстаточно, чтобц

{Е} CiM

i=i Vi P P

= пах t .

■ £ € TTTpT^f 1 Заметим, что в силу неравенства

t.m

лучено

< * ¿И + JL^L е ,

Р А Р Ш Р 7

tm

-Р лш х - 1

ip ^ —~— » р = 2,3,...,Р.

i определения t*^ вытекает, что эта разность будет наименьшей, ;ли список I, из которого получены ■ расписания и Х,^1,

>ставлен в порядке возрастания ip, р =.1,2,...,Р.

Затем определяется качество полученного расписания в случае, эгда времена обработки парии деталей случайны; по имеют одно тоже распределение Р(х).

До второй главе изучается задача идентификации неизвестных

параметров помах, действующих в производственной система. Проиг дена классификация имеющихся методов и выделена особенность р£ матриваемой конкретной постановки. Описаны метода оценил неизве ных параметров в марковской схеме наблюдений и дискретного шож тва параметров.

Приведены две теоремы о состоятельности оценок ыаксимальн правдоподобия параметра однородной марковской цепи (вообще гов неэргодаческой), причем'здесь 6 - параллелепипед в евклидовом"п странстве ¡С1. Полученные результаты легко, обобщаются, на слу неоднородной марковской цепи.

чеореиа 1. Для того чтобы оценка максимального правдоподо!

л

еп была сильно состоятельной в 8 = <в0,необходимо и . дс таточно, чтобы

и { /(¿.еа) = /сх.ер } > о для всех * еа ( е4,9а € е ).

л»

, теоренл 2. Байесовская оценка 6п, задаваемая равенством

Д,[ ¿¡/ъ-ъму]

II

где >0 (0 < ,/ $ Ю и ^ = 1 , состоятельна

9 = С90,...,е^> тогда и только тогда, когда выполнено условие

- /Сх,ег)] > О

для всех * 0а (9г, еа í в).

Численная реализация методов максимального правдоподобия обобщенных байесовских для оценивания дискретных векторнь

¡метров имеет своп особенности: - практические расчета связаны с решением задачи целочислен-оптимизации

■ { (!!| Л*«'в) } - 8% *

¡торой поиск осуществляется на дискретном конечном множестве в, данных байесовских оцепок - с решением задачи вычисления сумм

и ( п л

(§Д 0{ д /(а^жер },

требует привлечения специальных поисковых процедур целочислен-оптимизации или методов вычисления указанных сумм;

- практические вычисления требуемых объемов статистических •рок в виде некоторых соотношений, которые получены для общих жепий вероятностных плотностей /(х;0) (х X, 8 с в), могут . завышенные результаты, поэтому следует обратиться к поиску [очных слагаемых.

Сформулированная задача дискретного программирования связана [еобходимостью оптимизации на множестве 8 (на практике мощность [вает достаточно большой). Кроме этого, по виду оптимизируемого ;ционала следует ожидать, что задача оптимизация будет многоэк-¡мальной -сп экстремумами, соответствующими п выборочным зна-

[ям x ^ i • • • у х^ •

В третьей главе рассматриваются алгоритмы планирования в прои-[ственных системах с учетом реально действующих случайных шумов мех.

. Задача предварительного планирования - оценить выполнимость угагаемого задания при наличии случайных возмущений в системе, ¡уется оценить их влияние на реальные сроки выпуска партий, как при обычной для. производсЛФённой" ■ системы трехсменной

непрерывной работе технологического оборудования отсутствуют скр: тее резервы, позволяющие компенсировать влижше случайных возмущ вий в традиционном производстве.

Пусть для казэдой партии п заданы:

гп~ время обработки партия с учетом выполнения подготов]

тельно-заклвдителышх работ; <3^ - срок поставки, заготовок; дп - директивный срок выпуска партии. Требубтся найти оптимальное расписание

А - (я^,^,Тп) , п = 1,2,...,«' ,

где 17^ 6 (1,2,...,У) - номер модуля, на котором обрабатывает! партия п; 1п и 1п - начало и конец обработки партии п. Критерием оптимальности является функция

Л(4) = гаах [ пш(0,Т_-Д_)] , п п

которую нужно минимизировать по всем возможным расписаниям Л.

. Для каждого допустимого расписания выполняются следуыщ ограничения:-,

гп > с^ ,' V п « 1,2.....N ; •

Ш1 = « ttj.it] п = О» = 1.2.....N .

Будем считать, что заготовки поступают на участок с болыш опереаением, что позволяет сделать упрощение:

й£ = 0 , V { = 1,2.....N .

Ограничимся классом компактных расписаний, для которых вшкм няется условие если т£ = и партия J обрабатывается т-м модул« непосредственно за партией I, то Т( = . Каадому компактно»

тисаита А однозначно соответствует некоторой список L

,п2.....из которого расписание А получается с помощью спи-

аого алгоритма. Партии включаются в расписание в последователь-ти заданного списка, при этом иазвдая партия назначается па тот уль, который освобождается раньше остальных и прерывания в об-отке между партиями не допускаются. Расписание для М модулей, ученное из списка L с помощью списочного алгоритма, обозначим

'Гагам образом, задачу составления предварительного расписания шо записать следующим образом: найти список 10, такой, что

Шт ) = mm nuh = hn , О L € фОЛ L 0

ь - множество перестановок на множестве (1,2.....Ю.

Показано, что

э '

(naxiO.oJ - Dt>).

w^j

Так получена вероятностная оценка 5 для критерия оптимальнос-данпого расписания которая зависит от списка Ь и директив-х сроков £>t,i = 1,2Если директивные сроки удовлетворяют ловив

дп > + А^ , V п = 1,2,... Д. (*)

> б = 0 с вероятностью PQ и, следовательно, расписание с фективнымн сроками, удовлетворяющими условию (*), является гениальным с вероятностью Pfl.

Если директивные сроки не удовлетворяют условию (*), но есть эзможность изменить их или самим назначить, то при их выборе

можно пользоваться условием (*).

Если директивные сроки не удовлетворяют условию {*) для дан ного расписания и их изменить нельзя, то нуяио измепять расписан» так, чтобы удовлетворить условию

= еп ^ " • где определяется по формуле

А" = = — е* + —0 ц п—:

За этой теоретической основе синтезированы алгориты планирования производств, использующих систему поправочных допусков т требуемые расписания работы и загрузку оборудования.

Четвертая глава посвящена изложению основных положений компьютерной версии предлагаемых методов управления. Описывается состав и требования к компьютерной автоматизированной системе оперативно-календарного планирования.

Функционально автоматизированная система оперативно-календарного планирования должна состоять из следующих подсистем:

1) - подсистема генерации и подготовки к работе;

2) - подсистема предварительного планирования;

3) - подсистема месячного планирования;

4) - подсистема недельного планирования;

5) - подсистема суточного планирования;

6) - подсистема планирования заготовительного и инструмзнталь ного производства.

Обобщенный алгоритм функционирования системы разрабатывается, уточняется и согласовывается .с- потребителем на стадии рабочего проекта. • \

Вааиейшей из всех подсистем является подсистема предварительно планирования.

Падсиапела предварительного пмвшрования предназначена для (Счета коэффициента загрузки (К3) цеха и анализа выполнимости сячного плана.

Коэффициент загрузки цеха расчитывается по отношению к основ-му технологическому оборудованию. Оптимальным является К3, леаа-Д в пределах 0,8 - 0,85. При недогрузке цеха (К3 < 0,8) решение дальнейшем планировании пршпшается руководителем цеха. При погрузив (Н3 > 0,85) вырабатывается запрос в АСУП о перепланирова-и.

В общем случае задача предварительного планирования является '-полной : -

Однако, да-полшта задачи в общем виде еще не означает необ-дпмость полного перебора для каждого случая составления расписал, поскольку речь идет не об оптимизации, а о допустимом решении, о означает лишь, что существуют такие специалыше случаи, когда йти допустимое решение дешевле, чем за полный перебор невозможно, ведомо, что реальная задача составления месячного расписания к кому специальному случаю не должна относиться. В пользу этого и т факт, что она должна быть "устойчивой" к изменению исходных ловий в определенных пределах, и давать возможность построения пустимого расписания при таком изменении условий. Более того, даю сказать, что месячное задание должно давать возможность пос-оенпя не единственно допустимого расписания, а целого семейства пустимых расписаний, чтобы существовала возможность пересчета списания при каких-либо изменениях.

Исходя из этих рассуждений можно предположить, что реальные

месячные задания должны допускать построение допустимых расписашй с помощью сравнительно простых - эвристических методов. С этой точга зрения весьма плодотворным представляется подход построения расписания без прерываний, допустимого по директивным срокам в систем! т/п, где т - число идентичных приборов, п - число работ.

Общий прием этот состоит в том, что:

а) в начале формулируется новая задача построения 'расписания О работ, обслуживаются на одном приборе), данные для которой (время выполнения работ tj и директивные сроки п задаютс: с йЬмощыо некоторых преобразований данных из исходной систем! т/п); .

б) для полученной системы 1/п строится допустимее расписание бе: прерываний (задача 1/п формируется таким образом, когда постро! ние допустимого расписания строится некоторой простой процедурой);

в) на основе упорядочения партий, полученного в расписании 1/п строится расписание т/п с помощью следующего приема. Каждая оч< редная работа назначается на тот прибор, который освобождаете,

. первым (с учетом директивных сроков запуска d{), после чеп вычисляется время окончания работы, находится новый прибор освобождающийся первым, и процедура повторяется заново для нов' очередной работы (этот метод будем называть простым списочны методом построения расписания. О списочных расписаниях см. в к "Теория расписаний и вычислительные машины" -Ы.: Наука,1984);

г) доказывается, что полученные таким образом расписание являете, допустимым.

Показано, что предложенный алгоритм обеспечивает -построени допустимого расписания и решение задачи предварительного планиро

я. На этой основе создана компьютерная программа предваритель-

планировапия.

Месячный план, полученный на этапе предварительного планиро-я, свидетельствует лишь о возможности построения допустимого дсания, но он может быть не удовлетворительным по другим кри-

[ям.

В целом от системы ОКП требуется оптимизация двух критериев: пгазация числа больших переналадок, и максимизация обработки элей с малым штучным временем в первую смену.

Необходимость решения второй задата весьма затрудняет составив точного подробного расписания на месячном уровне, поскольку, ду вероятностного характера процесса "исчерпания резерва" нево-жно заранее определить,' какая часть расписания будет соответст-ать первой смене. Поэтому сменно-суточное задание будет расчисться каждый раз заново, и, в связи с эти, на уровне месячного яирования необходимо заложить предпосылки для возможности опти-¡ащш этих критериев на уровне сменно-суточного задания (ССЗ). I этого при формировании месячного плана надо стремиться к реа-зации следующих требований:

- равномерное распределение деталей с малым штучным временем течение месяца по станкам,

- образование "сгущений" на партий с одной стандартной инст-метальной наладкой, с тем, чтобы на уровне ССЗ была возможность я объединения их в одну "супер-партию" (т.е. последовательность ртий, обрабатываемых на одном станке подряд друг за другом, у >торых один номер инструментальной наладки).

Затем рассматриваются две стратегии распределения задач мезду 1лендарннм и оперативным планированием, описывается способ

компьютерного представления данных для всех подсистем в цодсист* диспетчерского диалога, предназначеная для получения необходю справок и прямого управления в аварийных ситуациях.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОНЕНИЯ И ВЫВОДЫ

В дисстационной работе на основе систематизации и обобщав имекадхся теоретических в прикладных результатов сформулирована решена актуальная научная и прикладная проблема управлен производственными системами с учетом влияния возмущающих факторо

Проведенные исследования позволяет сделать следувдиб основн выводы:• -

1 ) Разработана методика анализа влияния случайных возмущен на выполнение сменно-суточных заданий производственных систем условиях действия помех, определяемых факторами потерь в энергея ческих системах и сбоев.в работе технологического оборудования.

2) Разработаны алгоритма компенсации случайных возмущена связанных со сбоями оборудования, а также потерями напряяония системе подачи электроэнергии с помощью корректировки сменно-сут< чных расписаний загрузки технологического оборудования.

3) Для идентификации неизвестных параметров случайных возьц щений разработана методика оценки параметров распределений шумо! основанная на методах обобщенных байесовских оценок □ максималг ного правдоподобия, определены оценки объемов наблюдений, обеспе чивавдих требуемую точность оценивания.

Автором разработаны численные алгоритмы оптимизации процесс оценивания, основанные на . рациональном агрегировании множеств параметров.

4) Предложенные методики реализованы в виде алгоритмов и юграмм на учебных кафедрах Ханойского политехнического института

Ханой) и Государственного технологического университета Хошимин), в машиностроительном объединении SAKYNO (г. Бьенхоа) научно-производственной компании ORIENT (г. Ханой).

Пибликаит.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих 1ботах:

,1. Болноют В.Б., К.С. Зионе . Метода оценки неизвестных фаметров в моделях управления производственными системами. I.: ИМАШ РАН,'1994. -50 с.

2. К. с. Зьюнг. Планирование производства о учетом мещапцих «торов. -Н: Truong DHBK Hanoi, 1995. - 80 о. (на вьетнамском !ыке) ■