автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Оперативное управление производственными системами на основе сетей Петри

На правах рукописи

СОЧНЕВ Алексей Николаевич

Оперативное управление производственными системами на основе сетей Петри

05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям: информатика, вычислительная техника и управление)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск — 2005

Работа выполнена в Красноярском государственном техническом университете на кафедре «Робототехника и техническая кибернетика»

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Масальский Геннадий Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Доррер Георгай Алексеевич

кандидат технических наук Холкин Олег Валерьевич

Ведущая организация: Томский политехнический университет

(г. Томск)

Защита состоится 13 мая 2005 года в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 212.098.04 при Красноярском государственном техническом университете по адресу: ул. академика Киренского, 26, Красноярск, 660074, ауд. Д 501.

Факс: (3912) 43-06-92 (КГТУ, для каф. САПР)

E-mail: sovet@front.ru

Телефон: (391 -2) 49-77-28 (КГТУ, каф. САПР)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного технического университета.

Автореферат разослан 11 апреля 2005 года.

Учёный секретарь диссертационного совета д.т.н.

С. А. Бронов

Ь\-\Ь

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Качество управления непосредственно влияет на объем и издержки производства, в конечном счете определяя эффективность работы предприятия в целом. Расширение номенклатуры, увеличение сложности и сменяемости выпускаемой продукции, развитие рыночных механизмов усложняют решение задач управления. Основу этих задач составляют планирование и регулирование процессов производства. Таким образом, существует народно-хозяйственная проблема автоматизации процесса управления произ-' водственными системами. Ее решение позволит повысить эффективность функционирования производства за счет совершенствования методов планирования и регулирования производства, а также обеспечит снижение издержек.

Теоретические основы решения задачи управления производством сформировались к концу 60-х годов прошлого столетия. Однако, как показывает имеющийся отечественный и зарубежный опыт в области управления производственными системами, поиск методов и средств построения автоматизированных систем управления, математических моделей производства остается актуальным и в настоящее время. Это объясняется тем, что для большинства практически важных задач отсутствуют эффективные методы решения, а их четкая математическая формулировка зачастую вызывает существенные трудности. Традиционные модели, используемые в математических постановках задач управления дискретным производством, являются слабо приспособленными для непосредственного создания на их основе компьютерных систем управления. Затруднения обуславливаются

-"жесткостью" моделей, т.е. сложностью структурных изменений элементов модели (например, дополнения системы ограничений, изменения формы критерия эффективности);

- необходимостью представления сложных ресурсных отношений, наглядного отображения текущего состояния и динамики производства при получении прогнозов и ретроспектив, необходимых для обоснованного принятия решения;

- недостаточной инвариантностью моделей к возмущающим воздействиям, что снижает степень соответствия модели реальной системе.

Из-за использования методов декомпозиции моделей управления, имеет место нарушение принципа комплексности автоматизации т.к. имеется возможность потери большой части полученного результата на стыках задач управления.

Таким образом, имеющиеся методы решения задач планирования и регулирования производства не в полной мере соответствуют их сложности. Это обстоятельство представляется научной проблемой, выражающейся в необходимости поиска новых подходов к синтезу математических моделей производства на основе сетей Петри, их исследованию и оптимизации представляемых ими объектов.

Объектом исследования являются производственные системы, предметом исследования - управление подобными системами на основе математического имитационного моделирования производственного процесса.

Целью исследований является разработка новых методов создания и исследования моделей, анализа и оптимизации процесса производства, обеспечения требуемой инвариантности производственного процесса к возмущениям.

Основными задачами исследования являются: анализ существующих подходов к решению проблемы управления дискретным производством, совершенствование методов планирования и регулирования производства, доработка математического аппарата имитационного моделирования и исследования свойств основанных на сетях Петри моделей, создание программных средств на основе полученных методов, исследование на практических примерах их достоинств и недостатков.

Основной идеей диссертационной работы является разделение сетевой имитационной модели на модель объекта управления (ОУ) и модель управляющего устройства (УУ). Математическая модель ОУ отображает процессы в реальной системе, а модель УУ придает процессам в модели ОУ желаемые свойства, т.е. решает определенные задачи управления. В качестве таких задач выделены: обеспечение принадлежности вектора состояния (маркировки сета Петри) множеству допустимых состояний, обеспечение учета влияния и, опционально, компенсации возмущающих воздействий, оптимизация процессов в производственной системе.

Методы исследований. Для решения поставленных задач в диссертационной работе использованы методы теории управления организационными системами, теории обобщенных и цветных (раскрашенных) сетей Петри, теории расписаний, математической статистики, теории массового обслуживания, теории временных рядов и теории множеств.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем

1. На основе анализа задач управления производственными системами и традиционных методов их решения выбран метод предварительного имитационного моделирования процесса производства на основе математического аппарата цветных сетей Петри.

2. Для обеспечения устойчивости к возмущениям, оптимального функционирования и устранения недопустимых состояний производственной системы предложен автоматизированный метод создания устройства управления (сетевого контроллера).

3. Разработан принцип формализации модели производственной системы, основанный на интерпретации элементов цветной сети Петри с сетевым контроллером элементами производственного процесса.

4. Разработана программная система планирования и управления производством, предназначенная для автоматизации процессов проектирования, исследования, планирования и регулирования дискретных производственных систем.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. На основе примененного принципа разделения общей имитационной модели на модели объекта управления и управляющего устройства определены задачи управления.и привцины взаимодействия этих частей в рамках сети

Петри через э^Яйё'ВЙД»16нйыёЧ&йеходы.

; ♦ <J *« j

«■.-}»»*.> • I

t г»» Л ft»

2. Разработан алгоритм последовательного синтеза управляющего устройства, включающий набор последовательно реализуемых формальных правил на основании заданного множества допустимых состояний модели объекта управления, с последующей настройкой его параметров по управлению и по возмущению.

3. Для оптимизации производственного процесса предложено применять правила приоритета не только для модели объекта управления, но и для управляющего устройства, а также описывать правила компенсации возмущений в модели управляющего устройства.

4. Для минимизации объема данных, описывающих имитационную модель производственной системы в терминах цветных сетей Петри, свойства сети разделены на постоянные и переменные, зависимые от цвета маркера, а также сформировано уравнение состояний подобной сетевой модели.

Значение для теории. Теоретические результаты диссертации развивают методы математического моделирования сложных систем (дискретного производства), создают теоретическую основу для проектирования и разработки инвариантных, оптимальных систем управления с эталонной моделью. Теория цветных сетей Петри дополняется математическим аппаратом формальных правил, обеспечивающих синтез сетевых моделей с требуемыми свойствами.

Значение для практики. Результатом практического применения является снижение времени планирования производства, повышение качества (оптимальности) планов и, как следствие, снижение издержек производства засчет использования разработанного программного обеспечения для синтеза управления на основе имитационной модели с сетевым контроллером.

Достоверность полученных результатов. Достоверность теоретических результатов подтверждается положительными результатами имитационных экспериментов на моделях двух производственных систем и результатами внедрения результатов планирования в условиях реального производства. Производственный процесс характеризуется улучшенными показателями функционирования: уменьшением времени производства продукции, увеличением загрузки оборудования, устойчивостью к отказам технологического оборудования и т.д.

Рекомендации по использованию результатов. Результаты диссертации применимы для всех классов систем, которые могут быть представлены имитационными моделями на основе математического аппарата цветных сетей Петри. Применение сетей Петри наиболее рационально для детального исследования свойств дискретных по времени и состоянию систем, характеризующихся сложной, ветвящейся структурой.

Апробация результатов диссертации. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информатизации региона» (Красноярск, 2000, 2003); на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2001, 2003); на международной научно-практической конференции «Современная техника и технологии» (Томск, 2004); на всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Мехатроника, автоматизация, управление» (Владимир, 2004); научных семинарах кафедры «Робото-

техника и техническая кибернетика» Красноярского государственного технического университета (КГТУ).

Результаты диссертации нашли применение при выполнении госбюджетных НИР «Региональный САЬ8-центр (1 -я очередь)» и «Формирование устойчивых механизмов связей высшей школы с предприятиями и ФПГ», выполненных в Красноярском государственном техническом университете по программе "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники". Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение использовано также для исследования процессов инструментального цеха ОАО "Дивногорский завод низковольтной аппаратуры" (ОАО ДЗНВА) и учебно-исследовательского гибкого производственного комплекса КГТУ, в учебном и научном процессах.

Публикации. Основные положения и результаты диссертации отражены в девяти опубликованных работах и двух научно-технических отчетах. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, из них: 2 стагьи в сборниках, 7 работ, опубликованные в материалах всероссийских и международных конференций и симпозиумов.

Общая характеристика диссертации. Диссертация состоит из 6 разделов, содержит основной текст на 142 е., 73 иллюстрации, 14 таблиц, 1 приложение на 3 е., список использованных источников из 110 наименований.

Содержание работы

Во введении приводится обоснование актуальности темы, формулируется цель исследований, определяется научная новизна и практическая ценность полученных результатов, описывается основное содержание работы.

В первой главе отражен анализ текущего состояния проблемы, относящейся к тематике исследования, и сформулирована задача исследований.

Для решения задачи управления дискретное производство представляется в виде объекта, характеризующегося следующими основными компонентами: вектором входных переменных Х= выражающим номенклатуру и

ассортимент (количество) входных ингредиентов; вектором выходных переменных У - {у,,...,уд,}, определяющим результат функционирования дискретного производства - объем изделий товарного выпуска; вектором переменных состояния 2 = отражающим количество продуктов производства,

имеющихся в распоряжении дискретной производственной системы на текущий момент управления; вектором возмущений Е= {е,,...,ем}; вектором переменных управления и = {ы1(...,ыя}.

Основная задача системы управления дискретным производством (рисунок 1) состоит в реализации управления, направленного на организацию и последующее выполнение производственной программы I/, обеспечивающей устойчивое функционирование и достижение определенной цели дискретного производства - приведение темпов производства продукции У в соответствии с запросами конечного потребителя. Выполнение указанной задачи осуществляется информационно-управляющей системой предприятия, выступающей в роли регулятора системы управления дискретным производством и характеризу-

ется наличием следующих четырех составляющих процесса управления: канала управляющего воздействия и на объект управления; каналов, по которым собирается информация об объекте, необходимая для формирования управляющего воздействия (каналы Ох,Ог,СЕ,С1)\ цели управления, выражаемой в виде необходимости выполнения заявленной потребности на изделия товарного выпуска в сроки, указанные потребителем продукции; алгоритма управления, выраженного в задании закона изменения II1 = . При этом про-

цесс функционирования системы управления дискретным производством сводится к последовательному выполнению фаз предварительного планирования, анализа его результатов и оперативного контроля и регулирования выполнения производственного плана.

Задача предварительного планирования состоит в нахождении времени начала каждой операции производственного процесса. Методы решения данной задачи можно условно разделить на три основных класса: аналитические, имитационные и аналитико-имитационные. Учитывая большую размерность, сложную систему ограничений задачи планирования перспективным является применение методов имитационного моделирования. Наиболее универсальным средством представления динамических систем любой сложности являются сети Петри. В то же время, им присущ ряд недостатков, связанных со сложностью создания сетевых моделей (адекватным модельным представлением системы), определенностью их поведения, ограниченностью средств оптимизации и т.д.

В заключение главы сделан вывод о необходимости разработки новых математических методов создания имитационных моделей на основе использования цветных сетей Петри, позволяющих учитывать максимальное количество особенностей моделируемых производственных систем.

Во второй главе для придания имитационной модели желаемых свойств предлагается наряду с моделированием объекта управления (ОУ) синтезировать

модель системы управления, добавив управляющее устройство. Приводятся принципы синтеза модели устройства управления на основе математического аппарата раскрашенных сетей Петри. Также предлагается механизм моделирования влияния возмущающих воздействий на сетевую модель и их компенсации. Кроме того, разработаны основы оптимизации производственного процесса по заданному критерию с применением сетевой модели устройства управления, а также предложен механизм сокращения объема данных, требуемых для представления сети.

Сетевая модель разделяется на две составляющие: собственно модель объекта управления, имитирующей поведение ОУ и модель управляющего устройства - сетевой контроллер (СК). В качестве цели управления выбраны: обеспечение принадлежности вектора состояния модели допустимому множеству значений на каждом такте управления, обеспечение требуемой степени инвариантности модели к возмущениям и оптимизация процессов в моделируемой системе. Исходя из предложенного принципа разделения общей модели на модель объекта управления и управляющего устройства необходимо определение механизмов взаимодействия этих частей между собой. Основными задачами при данном взаимодействии являются контроль текущего состояния ОУ, а также формирование и передача управляющего воздействия. Механизмом их решения является использование отдельных переходов сети Петри, через которые осуществляется такое взаимодействие. Вводится понятие управляемости и наблюдаемости для переходов сетевой модели.

Переход I е Т является управляемым, если множество его входных позиций включает в себя одну или более позиций сетевого контроллера 3рск е ), 1 = 1,|РСЛ-|. Переход / е Т является наблюдаемым, если множество

его выходных позиций включает в себя од!гу или более позиций сетевого контроллера 3Рек, 6 ^(/Д' = ■ Здесь 1(1})- множество входных позиций

перехода ])- множество выходных позиций перехода 1}, |РСЛ-|- количе-

ство позиций сетевого контрюллера, Т- множество переходов сети.

Устройство управления, выраженное в терминах раскрашенных сетей Петри представляет собой также сеть, которая формируется на основе модели объекта управления. Алгоритм формирования подобной модели представляется в виде последовательных этапов. Разработка сетевого контроллера включает структурный синтез и параметрический синтез (выбор параметров срабатывания переходов и начальной маркировки). Создание СК производится по дополнительно введенному цвету «управление», маркеры которого управляют несколькими цветами одновременно.

Структурный синтез. Основой реализации данной методики является модель реальной системы (объекта управления), представленная цветной сетью Петри.

1) Для сформированной модели определяется область допустимых значений вектора состояния и записывается в форме системы линейных ограничений. Множество допустимых значений должно описывать участки сетевой модели, для которых требуется обеспечение свойства ограниченности вектора маркировки. Исходными данными этого этапа является матрица инциденций

модели объекта управления £>оу = £>дУ - 0оу. Эта матрица на данном этапе определяет лишь структуру сети и не несет информации о кратностях и цветовых характеристиках дуг

_ I1'если р' е 6 Р'1з е Т

оу[О, иначе ' ^

^ = Г1, если р, е 0(Г,),/>, е Р,^ е Т [0,иначе

где Р - множество позиций сети модели ОУ.

Формальное определение области допустимых значений

¿■Моу^Ь, (2)

где Ь - матрица коэффициентов размера / х п,

р.оу - п -мерный вектор маркировки сети (модели ОУ), Ь - I- мерный вектор параметров множества ограничений, / - число ограничений, и - количество позиций. Множество является ограниченным сверху, поскольку такой вариант наиболее часто встречается на практике, однако, в общем случае ограничения могут иметь вид неравенств типа "больше или равно". Следующие этапы синтеза управляющей сети приведены для системы ограничений типа "меньше или равно", так как остальные легко могут быть приведены к такому виду.

2) Формируется матрица инциденций сетевого контроллера, предназначенного для обеспечения свойств ограниченности сети. Преобразуем (2) в равенство

(3)

Для обеспечения выполнения этого равенства /гск интерпретируется как маркировка новых позиций, которые добавляются к имеющимся в модели ОУ.

Мск =Ь-Ь- (лоу. (4)

Согласно фундаментальному уравнению сети

Моу = Моуо+ °оу (5)

где М0уй - начальная маркировка модели объекта управления. Подставив (5) в (4) получим

цск = Ь - Ь ■ (моуо + °ОУ '«) = & ~1' МОУО) + (-£ • &ОУ )'м

Мск=Мско+(-1-°ОУ)-и-Из (6) следует, что матрица инциденций СК

Оск = ' Ооу. (7)

3) Для описания собственной динамики устройства управления синтез матрицы инциденций СК предлагается отдельно проводить для матриц входных и выходных инциденций. Целью подобного разделения является обеспечение возможности вводить временные задержки в виде переходов, использовать свойства управляемости и наблюдаемости данных переходов, а также передавать возмущающие воздействия

&СК = ~^£>ОУ . &СК = -ВОУ >

если йСК1 * с!сК. у 0, иначе

¿г,

ск,

= [¿¿^.если«/^ Ф<1С

О, иначе

~*>ск .£>+ск J

Раздельный синтез СК для матриц входных и выходных инциденций приводит к разделению позиций СК и удвоению их количества. Эти позиции связываются друг с другом через переходы СК (рисунок 2).

Мшнерциокшй регулятор ^ Сетевой гапроллер Овьягг упраалшия Инерц»о»ш» рвуипор ^^

(сетевой юитроплер) иоыжт р.рвшвяии-------, - --/сетевой шмтполлео! ООъеет управления

1

сР-

(сетевой контроллер)

(Р-

,Рск,*\ I

О- I ^

Рисунок 2- Стадии формирования модели инерционного регулятора

4) Введение дополнительных переходов приводит к необходимости добавления строк и столбцов в результирующую матрицу инциденций модели объекта управления и сетевого контроллера. Правило формирования части матрицы инциденций, определяющей кратности дуг внутри структуры СК (О,) для подхода, представленного выше, определяется следующим образом

а~ =

0 . . 0 0 0 . . 0

0 0 . . 0 ь 0 . . 0

0 ьг . . 0 0 0 . . 0

0 0 . . 0 > а+ = 0 Ьг ■ . 0

... .. 0 . 0

0 0 . .. ь, 0 0 . .. 0

0 0 . .. 0 0 0 . .. v

>а =

-А" а+

5) Формируется матрица инциденций связи модели объекта управления и переходов сетевого контроллера

Элементы этой матрицы определяют структуры и параметры связи позиций модели ОУ и переходов СК. Так как ранее было определено, что связь между СК и моделью ОУ осуществляется только через управляемые и наблюдаемые переходы в модели ОУ, то О0 задается нулевой.

Окончательно, матрица инциденций сетевой модели системы управления

Х> =

а

ОУ

а

л» а

(8)

и

На завершающей стадии синтеза сети управления появляются возможности моделировать динамику обратных связей, образуемых СК (вводить временные задержки) и управлять сетевой моделью ОУ.

Параметрический синтез. Процесс параметрического синтеза решает задачу формирования начальной маркировки СК и задержек срабатывания переходов СК. Исходная маркировка СК для цвета «управление» определяется выражением

Рск^Ъ-Ь- мОУо (9)

или задается разработчиком вместе с начальной маркировкой ОУ. Переходы СК могут формировать временные задержки или срабатывать мгновенно.

Обобщенно структуру модели системы управления можно представить следующим образом (рисунок 3).

Рисунок 3 - Структурная схема модели системы управления

Поставленная задача синтеза СК для цветных сетей Петри ранее была сведена к аналогичной задаче для обобщенной сети. Теоретической основой такого упрощения является возможность объединения объектов различных типов в единый класс на основе общих свойств. Это позволяет выделять в сети участки, в которых поведение различных объектов одного класса одинаково. Вместе с общими для нескольких цветов свойствами элементы цветной сети Петри обладают также свойствами, зависимыми от цвета.

Параметризация окрашенной сетевой модели осуществляется следующим образом. Производственные системы в своей работе оперируют либо отдельными изделиями, либо их партиями фиксированного объема. В отдельных частях модели производственной системы под маркером понимается одно изделие, в других - партия. При таком подходе требуется выделение класса переходов, находящихся на участке стыковки таких частей. Для разделения переходов вводится понятие коэффициента передачи перехода. Под коэффициентом передачи перехода понимается отношение количества маркеров, переданных в каждую выходную позицию к количеству маркеров, изъятых из каждой входной позиции

К =-^-, у = 1,/и,

где а€/(/ДЛеО(|;).

Очевидно, что для переходов, преобразующих трактовку маркера из одного изделия в партию, коэффициент передачи

=пУ),] = \,т, у/=\,с, где - объем передаточной партии изделия типа (цвета) м>,

т - количество переходов в модели ОУ, с - общее количество цветов (типов). Для переходов, выполняющих обратную функцию, верно

Важной задачей при разработке систем управления является обеспечение требуемой степени инвариантности к возмущениям. При рассмотрении части сетевой модели независимо от модели объекта управления появляется возможность в данной части (сетевом контроллере) описывать любые формальные правила для поддержания динамики процессов на требуемом уровне

Для формирования модели возмущений применяются два метода. Первый метод основан на том, что в объединенную модель СК и ОУ внедряются п1 дополнительных позиций по размерности вектора возмущений. Закон изменения маркировки определяется на основе реализации во времени соответствующих компонент этого вектора. Упростиггь процесс создания модели влияния возмущений позволяет второй метод. Он основывается на том, что возможно определить структурные участки сети, на которые действуют возмущения. Формируется вектор возмущений е, который определяет доступность каждого перехода сетевой модели для действия управления. На каждом такте имитации вместе с определением вектора управления и определяются значения е,, / = 1 ,т

Характерной особенностью подобных подходов для введения возмущений в модель является то, что природа возмущений, моделируемых подобным образом, должна быть представима в бинарном виде (действует, не действует). После формирования вектора е вектор управления для сетевой модели и переопределяется

где и^ - значение у -го элемента вектора управления, сформированное на основе правила срабатывания.

Основой процесса адаптации модели системы управления к действию возмущающих факторов для сетевых моделей является альтернативность маршрутов маркеров в сети Петри. С другой стороны, основой функционирования сети Петри является детерминированность ее поведенческих свойств. Поэтому, изначально закладывая альтернативные маршруты в динамике, необходимо обеспечить выбор единственной из всех возможных ветвей на каждом такте имитации. Исключение всех недопустимых маршрутов из сети производится сетевым контроллером.

Основой оптимизации технологических процессов являются правила приоритета. Правила приоритета применяются для выделения одной из всех возможных операций на каждом шаге в структурно детерминированной модели. В то же время, значительным ресурсом оптимизации является перераспределение материальных потоков. Для решения этой задачи предлагается использовать маркировку позиций сетевого контроллера. Маркировка по цветам зада-

ется разработчиком и позволяет решать задачу разделения объектов модели оптимальным образом по структурным элементам, составляющим модель системы (рисунок 4). Процесс определения наилучшего цск [0] является итерационным, последовательным и включает в себя три этапа: формирование имитационный эксперимент на заданном интервале времени гк... гк, анализ заданного критерия оптимальности. В основу изменения (1СК[Щ может быть положен любой осуществимый принцип, например случайного поиска В простых случаях он изменяется самим оператором._

Формирование маркировки СК (структурная оптимизация)

| ЛскМ

/ЬуЫ Имитационная модель

системы управления

Рисунок 4 - Механизм оптимизации процессов в системе на основе использования сетевого контроллера

В третьей главе на основе применения правил синтеза модели управляющего устройства решается задача управления дискретным производством.

Формализация модели дискретного производства выполняется на основе интерпретации элементов сети элементами реального производственного процесса. Множество дискретных состояний процессов движения продуктов производства и элементов вспомогательного процесса отображается множеством позиций цветной сети Петри Р-{р,}, г = 1 ,п. Операция производственного процесса представляет некое действие, выполнение которого в сетях Петри может быть связано лишь с процессом срабатывания перехода сети, поэтому множество операций производственного процесса представляется множеством переходов Т = }, у = 1,т. Основой модели является набор моделей типовых

технологических процессов обработки. Переходы этих моделей отображают технологические операции. Это множество дополняется переходами, моделирующими вспомогательные операции процесса (транспортировка, установка, измерение, смена инструмента и т.д.). Множества входных и выходных позиций перехода сети образуют перечень продуктов производства, требуемых для запуска операции /(^) = е£>} и, соответственно, перечень продуктов

производства, формируемых в процессе ее выполнения 0(/у) = {р,|(* />()е2)}.

Значение функции времени выполнения перехода равняется длительности выполнения возлагаемой на нее операции

г^М-Т^М, м>=1,с, 7 = 1 ,т.

Общая процедура планирования производственного процесса начинается с определения необходимой потребности во входных ингредиентах. Процесс поиска решения данной задачи, в общем случае, организуется как процесс об-

ратной имитации в сети. На практике, при известных количественных соотношениях между заготовками (сырьем) и изделиями (продукцией), задача определения необходимой потребности во входных ингредиентах решается аналитически. Результатом является сформированная начальная маркировка //„.

Следующим этапом является формирование плана по номенклатуре изделий товарно1 о выпуска. Логика решения этой задачи представляется процессом прямой имитации динамики сетевой модели.

В результате проведения имитационного эксперимента формируются: производственный план, который включает элементы вектора маркировки /Атк\\ множество штатных состояний дискретной производственной системы М(Рпт)> г = {!>«}, г = {тя,гк}; график запуска технологических и вспомогательных операций <т(/ ), у = \,т. Они позволяют проанализировать результаты управления дискретной производственной системой. Данный этап является последним и заключительным этапом процедуры планирования производственного процесса. Он, как правило, включает в себя определение показателей функционирования производства: фактической производительности производственного элемента / -го типа в натуральном и стоимостном выражении, коэффициента загрузки производственных элементов, коэффициента простоя по организационным причинам и т. д.

Так как производственная система оперирует большим количеством объектов, имеющих однотипные или схожие траектории движения через систему, то, очевидно, что отдельные участки функционируют циклически. Для создания циклических, замкнутых структур в модели формируется система ограничений (2) для каждого требуемого участка сетевой модели. Типовые элементы производственной системы: накопитель, станок, ячейка (рисунки 5, 6). Емкость такой типовой сети определяется элементами вектора Ь, позиции, представляющие ее структуру, включаются в матрицу систему ограничений.

Рисунок 5 - Модель буферного элемента (а) с ограниченной емкостью (б)

р2 13

рз

а

б

рЗ 14

р4

а б

Рисунок 6 - Модель обрабатывающего элемента (а) с ограниченной производительностью (б)

В числе основных возмущений, действующих на производственную систему можно выделить: неисправность оборудования или оснастки, сбои в работе устройства ЧПУ, отсутствие рабочего, брак производимой продукции и другие. Большинство из них моделируются количественным изменением элементов вектора возмущений е = {е,},г = \,т. Точки приложения возмущающих воздействий в модели определяются на основе соответствия переходов сети операциям производственного процесса.

В четвертой главе описываются особенности программной реализации системы планирования производства.

Разработанные методы формирования в исходной модели сетевых структур для управления ходом имитации реализованы в программном продукте «Система планирования и регулирования производства - СПРП» (рисунок 7).

Hyiftj* 1ИщтжИ -и. qfrwutfc

Г-4-! д « я'« ► >

*mcf *t

II

ш 1

ч

О"

СУ (У

ВТ

,________lfi';':".'Jni>3

Фай/ VWl-S^e Cw-те» О Anal** I'«О»

шШ

Cf Iй cr

4IS . лА

£

Рисунок 7 - Создание сетевой модели в программной среде "СПРП"

Программа может быть использована как для создания и исследования общих сетевых моделей, так и для решения узкоспециальной задачи управления производственным процессом (оперативно-календарное планирование и анализ планов). Программный продукт представляет собой стандартное приложение Windows. Основой для его создания служит язык прохраммирования Visual Basic. Математической основой системы является математический аппарат цветных сетей Петри.

Анализ результатов имитационного эксперимента состоит, как правило, в определении достижимости конечного состояния (на основе прямой имитации) и значения критерия оптимальности. Также определяется коэффициент использования каждого перехода сети и, соответственно, строится диаграмма «загрузка/простой» для каждого производственного элемента. После имитационного эксперимента выводится конечная маркировка сети и производится оценка выполнения заказа для каждого типа изделия.

При моделировании проводится структурная оптимизация, т.е. выбор траектории перемещения маркера в модели, а также параметрическая оптимизация - выбор операции на основе правила предпочтения. Диаграммы активности переходов и маркировки позиций являются графическим отображением полученного решения задачи календарного планирования. Далее эта информация может быть преобразована в любую удобную для пользователя форму, в частности, добавлена в базу данных PDM-системы.

В пятой главе приводятся результаты практического применения разработанных методов и алгоритмов для моделирования и исследования учебно-исследовательского гибкого производственного комплекса. Учебно-исслсдовательский гибкий производственный комплекс (УИ ГПК) предназначен для операций токарной и фрезерной обработки. Он включает в себя два токарных станка с ЧПУ, обрабатывающий центр, роботизированный склад и два робота-манипулятора, обслуживающие станки.

Имитационная модель УИ ГПК представлена на рисунке 8. В данной модели позиция р\ представляет заготовки в ячейках склада, р\ 6 - готовые изделия, поступившие на склад. Элементы модели в левой части структуры представляют обрабатывающую ячейку №1, в правой - ячейку №2.

Для синтеза сетевого контроллера формируется система ограничений для следующих составляющих данной производственной системы:

1) токарный станок №1

М{р\ 1) + //(/>12) + //(Р13) + м(рЩ ^ 1;

2) токарный станок №2, обрабатывающий центр

М(рЗ) + ц{рА) + м(р5) + М(Р6) + Кр7) + М/>8) < 1; 3 ) производственная ячейка № 1 (токарный станок № 1, робот-манипулятор № 1)

М(рЩ + И(р\ 1) + ц{р\2) + Жр\Ъ) + И{рЩ + Мр15) < 1; 4) производственная ячейка №2 (токарный станок №2, обрабатывающий центр, робот-манипулятор №2)

М(р2) +,и(рЪ) + /1(р4) + /л(р5) + ц(рб) + м(р7) + /л{рЩ + м(р9) < 1. На основе приведенных ограничений формируется структура модели управляющего устройства. Возможны два варианта: расчет матрицы инциденций согласно (8) или ее формирование по аналогии с типовыми примерами, приведенными выше. Результат синтеза для каждого неравенства системы ограничений приведен в таблице 1.

Маркировка модели устройства управления определяются также на основании использования рассмотренных типовых моделей

¿<c/=Upl7) М(рЩ М(рЩ М(р20) р(р21) ц{р22)\ Ас/=[1 0 10 11].

Таблица 1 - Этапы синтеза сетевого контроллера

Номер ограничения Сеть Петри с сетевым контроллером Структура и параметры СК

1 Структура

р22 - позиция

Параметры

М(р22) = \

2 7 ¿Ту Структура

р21 - позиция

Параметры

М(р21) = 1

3 ш Структура

р19,р20 - позиции, il 5 - переход

Параметры

М(р19) = 1, М(р20) = 0

4 Структура

/>17,/»18 - позиции, й4 - переход

Параметры

//(/>! 7) = 1,//(/>! 8) = 0

Изменение распределения потоков в производственной системе является существенной возможностью оптимизации. Определим изменение значения выбранного критерия оценки оптимальности при выборе различных схем распределения объектов (таблица 2). Свободу выбора в данном случае предоставляют дублирующее друг друга технологическое оборудование (токарные станки). Маркировка управляющих позиций р\1,р\9 определяет в какой из двух ячеек должно обрабатываться каждое изделие.

Таблица 2 - Варианты организации производственного процесса

№ вар. Начальная маркировка Суммарное время производства Тц, мин

1 Мск101Г = 001111110100111000101000010011 110000001011000111111111111100 Тп =2102,1

2 иск№т = 001010010100111000000100010011 110101101011000111111011111100 Тп =1871,0

3 ^с*[0]7' = 001010010100111000000100111111 110101101011000111111011010000 Гя= 1616,7

4 нс№т = 001010010100111100000100111111 110101101011000011111011010000 Тп =1695,2

На основании полученных оценок выбранного критерия оптимальности наиболее рациональным следует признать деление потоков изделий по варианту №3. В случае необходимости дальнейшего уменьшения общего времени производства имитационный эксперимент следует продолжить с сопутствующим ему изменением цск [0].

Анализ результатов представляется оценкой выполнения заказов с визуальным графическим отображением объема произведенной продукции и оценкой эффективности использования производственного оборудования.

В шестой главе рассматриваются результаты предварительного планиро- г

вания производственного процесса инструментального цеха ОАО "Дивногор-ский завод низковольтной аппаратуры" (ОАО ДЗНВА). Инструментальное производство (ИП) является самостоятельным производственно-хозяйственным структурным подразделением ОАО «ДЗНВА». На основе результатов имита- *

ционного эксперимента составляются планы производства продукции инструментального цеха ОАО «ДЗНВА».

Заключение

В диссертации описаны методы решения задач управления производственными системами. Для модельного представления дискретного производства предложен автоматизированный метод создания модели устройства управления

(сетевого контроллера), обеспечивающего заранее заданные свойства производственного процесса. Использование математического аппарата автоматизированного синтеза сетевой модели позволяет значительно повысить эффективность решения задач управления при наличии влияния возмущений, позволяет учитывать естественные ограничения, присущие любой системе, повышает оптимальность производственного процесса.

Направлением дальнейших исследований может являться развитие методов синтеза модели управляющего устройства с целью дальнейшей автоматизации и унификации этого процесса. Актуальной также представляется проблема включения в структуру модели системы управления стохастических, нечетких сетей Петри для того, чтобы она реагировала на любые возмущающие воздействия.

Практическим результатом работы является комплекс программ модели-« рования, позволяющий исследовать свойства систем различной природы на ос-

нове их представления сетевыми эквивалентами. Применительно к дискретным производственным системам разработанные программные средства позволяют формировать функциональные элементы информационно-управляющей системы управления, реализующие функции формирования производственной программы и текущего отслеживания ее выполнения в течение планового периода.

Практические результаты диссертационной работы могут быть использованы не только в системах управления дискретным производством, но и в других сферах, таких, как системы связи, транспорт, компьютерные сети, т.е. обладают необходимой степенью универсал!,поста.

Публикации автора по теме диссертации

1. Сочнев, А. Н. Метод оптимизации в имитационных моделях дискретного производства на основе цветных сетей Петри / А. Н. Сочнев Н Оптимизация режимов работы электротехнических систем: Межвуз. сб. науч. тр. / Отв. ред. С. Р. Залялеев. - Красноярск, ИПЦ КГТУ, 2004. - с.185-190.

2. Сочнев, А. Н. Алгоритм синтеза модели управляющего устройства для имитационной модели на основе сети Петри // Проблемы информатизации региона. ПИР-2003: Труды Всероссийской конференции. - Красноярск: КГТУ, 2003. - с.144-149.

к 3. Сочнев, А. Н. Метод формирования эталонной имитационной мо-

дели на основе сети Петри / А. Н. Сочнев, Г. Б. Масальский // Мехатроника, Автоматизация, Управление (МАУ'2004): Труды Первой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Владимир: изд-во 1 ВлГУ, 2004. - с.134-138.

4. Сочнев, А. Н. Формирование систем управления производственными системами на основе позиционных инвариантов сетей Петри / А. Н. Сочнев // Оптимизация режимов работы систем электроприводов: Межвуз. сб. науч. тр. / Отв. ред. С.Р. Залялеев. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. - с.3-8.

5. Сочнев, А. Н. Принципы организации полного цикла подготовки производства / А. Н. Сочнев, Г.Б. Масальский // Достижения науки и техники -развитию сибирских регионов: Тезисы докладов Третьей Всероссийской науч-

К! - б 5 5 б2о

но-практической конференции с международным участием. - Красноярск, 2001. ч.2. - с.34-35.

6. Сочнев, А. Н. Метод управления процессом имитации в сетевых моделях / А. Н. Сочнев // Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов: Материалы Всероссийской научно-практической конференции: В 3 ч., ч.2. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003. - с.193-194.

7. Сочнев, А. Н. Метод обеспечения свойства ограниченности сети Петри / А. Н. Сочнев // Современная техника и технологии: Труды международной научно-практической конференции: В 2-х т. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2004. - с.65-66.

8. Сочнев, А. Н. Метод минимизации объема данных, представляющих цветную сеть Петри / А. Н. Сочнев, Г. Б. Масальский // Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов: Материалы Всероссийской научно-практической конференции: В 3 ч., ч.2. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003. - с. 176177.

9. Сочнев, А. Н. Обеспечение обмена технической информацией в процессах проектирования и планирования производства / С. А. Воробьев, Г. Б. Масальский, А. Н. Сочнев // Проблемы информатизации региона. ПИР-2000: Тез. докл. Шестой Всероссийской научно-практической конференции / Под ред. Е.А. Вейсова, В.И. Подшивалова. - Красноярск: КГТУ, 2000. - с.5-6.

Сочнев Алексей Николаевич Оперативное управление производственными системами на основе сетей Петри Автореф. дисе. на соискание учёной степени кандидата техн. наук. Подписано в печать 07.04.2005 Заказ № . Формат 60x90/16. Усл. печ. л 1. Тираж 100 экз. Типография Красноярского государственного технического университета

РНБ Русский фонд

Введение.

1. Задачи и методы управления производственной системой.

1.1. Компьютерно - интегрированное производство.

1.2. Дискретная производственная система как объект управления.

1.3. Постановка задачи предварительного планирования производства.

1.4. Методы решения задачи предварительного планирования.

1.5. Анализ практических реализаций решения задачи моделирования производства.

1.6. Сети Петри.

1.7. Возмущающие воздействия и их моделирование.

1.8. Постановка задачи.

2. Модель устройства управления, сетевой контроллер.

2.1. Описание динамических свойств объекта управления.

2.2. Управляемость и наблюдаемость переходов сети.

2.3. Алгоритм автоматизированного синтеза структуры сетевого контроллера.

2.4. Исследование свойств моделей с сетевым контроллером.

2.5. Параметризация окрашенной сетевой модели.

2.6. Принципы компенсации возмущающих воздействий.

2.7. Формирование модели возмущений.

2.8. Инвариантность к возмущениям модели с сетевым контроллером.

2.9. Правила и принципы оптимизации модели с сетевым контроллером.

2.10. Эффективность предлагаемого подхода.

3. Формирование модели системы управления производством.

3.1. Формализация сетевой модели дискретной производственной системы.

3.2. Алгоритм управления производственной системой.

3.2.1. Предварительное планирование.

3.2.2. Оперативное управление.

3.3. Моделирование производственных систем.

3.4. Оптимизация производственных процессов.

3.4.1. Принципы оптимизации.

3.4.2. Оптимизация модели с сетевым контроллером.

3.5. Моделирование возмущающих воздействии в производстве.

4. Система планирования и регулирования производства.

4.1. Общие принципы функционирования «Системы планирования и регулирования производства».

4.2. Создание структуры модели.

4.3. Информационная база системы управления.

4.4. Импорт данных.

4.5. Синтез дополнительных управляющих структур в модели.

4.6. Имитационное моделирование.

4.7. Анализ результатов.

5. Система управления учебно-исследовательским гибким производственным комплексом.

5.1. Структура и характеристики оборудования учебно-исследовательского гибкого производственного комплекса.

5.2. Программные и аппаратные средства управления УИ ГПК.

5.3. Описание номенклатуры продукции. Технологическое нормирование.

5.4. Статистические данные о возмущающих воздействиях.

5.5. Моделирование дискретной производственной системы.

5.5.1. Формирование структуры модели УИ ГПК.

5.5.2. Формирование параметров модели.

5.5.3. Формирование сетевого контроллера.

5.6. Имитационный эксперимент.

5.7. Оптимизация структуры потоков изделий.

5.8. Анализ результатов.

5.9. Оценка эффективности применения сетевого контроллера.

01 6. Система управления инструментального цеха Дивногорского завода низковольтной аппаратуры. t*' ' 6.1. Описание и структура инструментального цеха.

6.2. Формирование планов производства продукции.

Актуальность проблемы. Качество управления непосредственно влияет на объем и издержки производства, в конечном счете определяя эффективность работы предприятия в целом. Расширение номенклатуры, увеличение сложности и сменяемости выпускаемой продукции, развитие рыночных механизмов усложняют решение задач управления. Основу этих задач составляют планирование и регулирование процессов производства. Таким образом, существует народно-хозяйственная проблема автоматизации процесса управления производственными системами. Ее решение позволит повысить эффективность функционирования производства за счет совершенствования методов планирования и регулирования производства, а также обеспечит снижение издержек.

Теоретические основы решения задачи управления производством сформировались к концу 60-х годов прошлого столетия. Однако, как показывает имеющийся отечественный и зарубежный опыт в области управления производственными системами, поиск методов и средств построения автоматизированных систем управления, математических моделей производства остается актуальным и в настоящее время. Это объясняется тем, что для большинства практически важных задач отсутствуют эффективные методы решения, а их четкая математическая формулировка зачастую вызывает существенные трудности. Традиционные модели, используемые в математических постановках задач управления дискретным производством, являются слабо приспособленными для непосредственного создания на их основе компьютерных систем управления. Затруднения обуславливаются

-"жесткостью" моделей, т.е. сложностью структурных изменений элементов модели (например, дополнения системы ограничений, изменения формы критерия эффективности);

- необходимостью представления сложных ресурсных отношений, наглядного отображения текущего состояния и динамики производства при получении прогнозов и ретроспектив, необходимых для обоснованного принятия решения;

- недостаточной инвариантностью моделей к возмущающим воздействиям, что снижает степень соответствия модели реальной системе.

Из-за использования методов декомпозиции моделей управления, имеет место нарушение принципа комплексности автоматизации т.к. имеется возможность потери большой части полученного результата на стыках задач управления.

Таким образом, имеющиеся методы решения задач планирования и регулирования дискретного производства не в полной мере соответствуют их сложности. Это обстоятельство представляется научной проблемой, выражающейся в необходимости поиска новых подходов к синтезу математических моделей производства на основе сетей Петри, их исследованию и оптимизации представляемых ими объектов.

Объектом исследования являются дискретные производственные системы, предметом исследования - управление подобными системами на основе математического имитационного моделирования производственного процесса.

Целью исследований является разработка новых методов создания и исследования моделей, анализа и оптимизации процесса производства, обеспечения требуемой инвариантности производственных систем к возмущениям.

Основными задачами исследования являются: анализ существующих подходов к решению проблемы управления дискретным производством, разработка новых методов планирования и регулирования производства, разработка математического аппарата имитационного моделирования и исследования свойств моделей на основе сетей Петри, создание программных средств на основе разработанных методов, исследование на практических примерах их достоинств и недостатков.

Основной идеей диссертационной работы является разделение сетевой имитационной модели на модель объекта управления (ОУ) и модель управляющего устройства (УУ). Математическая модель ОУ отображает процессы в реальной системе, а модель УУ придает процессам в модели ОУ желаемые свойства, т.е. решает определенные задачи управления. В качестве таких задач выделены: обеспечение принадлежности вектора состояния (маркировки сети Петри) множеству допустимых состояний, обеспечение учета влияния и, опционально, компенсации возмущающих воздействий, оптимизация процессов в производственной системе.

Методы исследований. Для решения поставленных задач в диссертационной работе использованы методы теории управления организационными системами, теории обобщенных и цветных сетей Петри, теории расписаний, математической статистики, теории массового обслуживания, теории временных рядов и теории множеств.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем

1. На основе анализа задач управления производственными системами и традиционных методов их решения выбран метод предварительного имитационного моделирования процесса производства на основе математического аппарата цветных сетей Петри.

2. Для обеспечения устойчивости к возмущениям, оптимального функционирования и устранения недопустимых состояний производственной системы предложен автоматизированный метод создания устройства управления (сетевого контроллера).

3. Разработан принцип формализации модели производственной системы, основанный на интерпретации элементов цветной сети Петри с сетевым контроллером элементами производственного процесса.

4. Разработана программная система планирования и управления производством, предназначенная для автоматизации процессов проектирования, исследования, планирования и регулирования дискретных производственных систем.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. На основе примененного принципа разделения общей имитационной модели на модели объекта управления и управляющего устройства определены задачи управления и принципы взаимодействия этих частей в рамках сети Петри через заранее выделенные переходы.

2. Разработан алгоритм последовательного синтеза управляющего устройства, включающий набор последовательно реализуемых формальных правил на основании заданного множества допустимых состояний модели объекта управления с последующей настройкой его параметров по управлению и по возмущению.

3. Для оптимизации производственного процесса предложено применять правила приоритета не только для модели объекта управления, но и для управляющего устройства, а также описывать правила компенсации возмущений в модели управляющего устройства.

4. Для минимизации объема данных, описывающих имитационную модель производственной системы в терминах цветных сетей Петри, свойства сети разделены на постоянные и переменные, зависимые от цвета маркера, а также сформировано уравнение состояний подобной сетевой модели.

Значение для теории. Теоретические результаты диссертации развивают методы математического моделирования сложных систем (дискретного производства), создают теоретическую основу для проектирования и разработки инвариантных, оптимальных систем управления с эталонной моделью. Теория сетей Петри дополняется математическим аппаратом формальных правил, обеспечивающих синтез сетевых моделей с требуемыми свойствами.

Значение для практики Результатом практического применения является снижение времени планирования производства, повышение качества (оптимальности) планов и, как следствие, снижение издержек производства засчет использования разработанного программного обеспечения для синтеза управления на основе имитационной модели с сетевым контроллером.

Достоверность полученных результатов. Достоверность теоретических результатов подтверждается положительными результатами имитационных экспериментов на моделях двух производственных систем и результатами внедрения результатов планирования в условиях реального производства. Производственный процесс характеризуется улучшенными показателями функционирования: уменьшением времени производства продукции, увеличением загрузки оборудования, устойчивостью к отказам технологического оборудования и т.д.

Рекомендации по использованию результатов. Результаты диссертации применимы для всех классов систем, которые могут быть представлены имитационными моделями на основе математического аппарата сетей Петри. Применение сетей Петри наиболее рационально для детального исследования свойств дискретных по времени и состоянию систем, характеризующихся сложной, ветвящейся структурой.

Апробация результатов диссертации. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информатизации региона» (Красноярск, 2000, 2003); на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Достижения науки и техники -развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2001, 2003); на международной научно-практической конференции «Современная техника и технологии» (Томск, 2004); на всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Мехатроника, автоматизация, управление» (Владимир, 2004); научных семинарах кафедры «Робототехника и техническая кибернетика» Красноярского государственного технического университета.

Результаты диссертации нашли применение при выполнении госбюджетных НИР «Региональный CALS-центр (1-я очередь)» и «Формирование устойчивых механизмов связей высшей школы с предприятиями и ФПГ», выполненных в Красноярском государственном техническом университете по программе "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники". Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение использовано также для исследования процессов инструментального цеха ОАО "Дивногорский завод низковольтной аппаратуры" (ОАО ДЗНВА) и учебно-исследовательского гибкого производственного комплекса, в учебном и научном процессах КГТУ.

Публикации. Основные положения и результаты диссертации отражены в девяти опубликованных работах и двух научно-технических отчетах. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, из них: 2 статьи в сборниках; 7 работ, опубликованные в материалах всероссийских и международных конференций и симпозиумов.

Общая характеристика диссертации. Диссертация состоит из 6 разделов, содержит основной текст на 141 е., 73 иллюстрации, 14 таблиц, 1 приложение на 3 е., список использованных источников из 110 наименований.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем

1. На основе анализа задач управления производством и традиционных методов их решения обоснована необходимость поиска новых подходов к созданию автоматизированных систем управления. В числе методов синтеза управления как наиболее предпочтительный выбран метод предварительного имитационного моделирования на основе математического аппарата цветных сетей Петри.

2. Для модельного представления дискретной производственной системы предложен автоматизированный метод создания модели устройства управления (сетевого контроллера), обеспечивающего заранее заданные свойства производственного процесса.

3. Определены принципы учета и компенсации контролируемых возмущений в синтезируемой модели, а также основы оптимизации модели с сетевым контроллером.

4. Разработан принцип формализации сетевой модели производственной системы, основанный на интерпретации элементов цветной сети Петри с сетевым контроллером элементами производственного процесса.

5. Разработана программная система планирования и управления производством, предназначенная для автоматизации процессов проектирования, исследования, планирования и регулирования дискретных производственных систем.

Направлением дальнейших исследований может являться развитие методов синтеза модели управляющего устройства с целью дальнейшей автоматизации и унификации этого процесса. Актуальной представляется проблема включения в структуру модели система управления стохастических, нечетких сетей Петри, а также нейросетей с тем, чтобы она была способна более точно и адекватно реагировать на возмущающие воздействия, имеющие характер, неизвестный априори.

Практическим результатом работы является комплекс программ моделирования, позволяющий исследовать свойства систем различной природы на основе их представления сетевыми эквивалентами. Применительно к дискретным производственным системам разработанные программные средства позволяют формировать функциональные элементы интегрированной автоматизированной системы управления, реализующие функции формирования производственной программы и текущего отслеживания ее выполнения в течение планового периода.

Практические результаты диссертационной работы могут быть использованы не только в системах управления дискретным производством, но и в других сферах, таких, как системы связи, транспорт, компьютерные сети, т.е. обладают необходимой степенью универсальности.

Заключение

В диссертации описаны пути и методы решения задач управления дискретными производственными системами. Использование математического аппарата автоматизированного синтеза сетевой модели позволяет значительно повысить эффективность решения задач управления при наличии влияния контролируемых возмущений, позволяет учитывать естественные ограничения, присущие любой системе, повышает оптимальность производственного процесса.

1. Волчков, С. А. Моделирование для непрерывного улучшения бизнес-процессов на базе стандартов ERP и ИСО 9001 от 2000 года / С. А. Волчков, И. В. Балахо-нова // Методы менеджмента качества. 2001. - № 2.

2. Подлесный, С. А. Разработки и исследования Красноярского государственного технического университета по компьютерно-интегрированным производствам / С. А. Подлесный, Г. Б. Масальский, А. Н. Ловчиков. КГТУ, Красноярск, 1998. - 112 с.

3. Емельянов, В. В. Оперативное управление в ГПС / В. Ф. Горнев, В. В. Емельянов, М. В. Овсянников. М.: Машиностроение, 1990. - 256 с.

4. Макаров, И. М. Проблемы создания гибких автоматизированных производств / И. М Макаров., Д. Е. Оцохимский, Е. П. Попов и др.; М.: Наука, 1987. — 253 с.

5. Левин, А. И. Количественная оценка характеристик бизнес-процессов в функциональных моделях сложной структуры. А. И. Левин, В. А. Окулесский, А. Г. Юденков.

6. Абчук, В. А. Автоматизация управления / В. А. Абчук, А. Л. Лившиц и др. -М.: Радио и связь, 1984. 264 с.

7. Feldmann, К. Monitoring of flexible production systems using high-level Petri net specifications / K. Feldmann, A.W. Colombo // Control Engeneering Practice, 7 (1999), pp. 1449-1466.

8. Moody, J. Feedback control of Petri Nets Based on Place Invariants: Technical Report of the ISIS Group at the University of Notre Dame/ K. Yamalidou, J. Moody, M. Lem-mon, P. Antsaklis. ISIS-94-002,1994.

9. Iordache, M. V. Automated Synthesis of Deadlock Prevention Supervisors Using Petri Nets. Technical Report at the University of Notre Dame / M.V. Iordache, J.O. Moody, P.J. Antsaklis. ISIS-2000-003,2000.

10. Basile, F. Optimal Petri Net Monitor Design / F. Basile, P. Chiacchio, A. Giua // Synthesis and Control of Discrete Event Systems, pp. 141-154, Kluwer, 2001.

11. Воробьев, С. А. Планирование и управление дискретным производством на основе временных сетей Петри с переменной нагрузкой: Дис. канд. техн. наук: 05.13.14 / С. А. Воробьев. Красноярск, 2002. - 149 с.

12. Сочнев, А. Н. Метод обеспечения свойства ограниченности сети Петри / А. Н. Сочнев // Современная техника и технологии: Труды международной научно-практической конференции: В 2-х т. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2004. с.65-66.

13. Сочнев А.Н. Алгоритм синтеза модели управляющего устройства для имитационной модели на основе сети Петри // Проблемы информатизации региона. ПИР-2003: Труды Всероссийской конференции. Красноярск: КГТУ, 2003. 227 е., с. 144-149.

14. Калин, О. М. Моделирование ГПС / О. М. Калин, С. Л. Ямпольский, Л. В. Песков. Киев: Техника, 1991. - 178 с.

15. Фильтрация и стохастическое управление в динамических системах: Сб. науч. тр. / Под ред. К. Т. Леондеса. М.: Мир, 1980. - 407 с.

16. Петров, Б. Н. Современные методы проектирования / А. М Батков., И. А. Богуславский, И. Е. Казаков и др.; М.: Машиностроение, 1967. - 702 с.

17. Слепцов, А. И. Автоматизация проектирования управляющих систем гибких автоматизированных производств / Слепцов А. И., Юрасов А. А. Киев, Техника, 1986. -110 с.

18. Ганин, Н. М. Математические модели автоматизированных производственных систем / Н. М. Ганин, В. Я. Катковник, М. Н. Полищук. Л.: ЛГТУ, 1991 - 76 с.

19. Четвериков, В. Н. Автоматизированные системы управления предприятиями / И. А. Дальниченко, В. И.Мясников, В. Н.Четвериков. — М.: Машиностроение, 1984. — 360 с.

20. Мясников, В. А. Автоматизированные и автоматические системы управления / Жимерин Д. Г., Мясников В. А. М.: Энергия, 1979. - 592 с.

21. Бурков, В. Н. Модели и методы управления организационными системами / В. Н. Бурков. М.: Наука, 1994. - 360 с.

22. Бурков, В. Н. Механизмы функционирования организационных систем / В. Н. Бурков, В. В. Кондратьев. М.: Наука, 1981. - 384 с.

23. Алиев, Р. Я. Управление производством при нечеткой исходной информации / Р. Я. Алиев, А. Э. Церковный, Г. А. Мамедова. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 240 с.

24. Губин, Н. М. Экономико-математические методы и модели в палнировании и управлении в отрасли связи / Н. М. Губин, А. С. Добронравов, Б. С. Дорохов. М.: Радио и связь, 1993. - 376 с.

25. Дуболазов, В. А. Оперативное управление основным производством в АСУ машиностроительным заводом / В. А. Дуболазов. JI.: ЛДНТП, 1984. - 24 с.

26. Зайцев, Д. А. Решение задач оперативного управления дискретным производством на основе сетевых моделей Петри: Автореф. дис. канд. техн. наук / Д. А. Зайцев. Киев: Институт кибернетики им. В.М. Глушкова, 1991. - 12 с.

27. Корбут, А. А. Дискретное программирование / А. А. Корбут, Ю. Ю.'Фин-кельштейн. М.: Наука, 1969. - 368 с.

28. Котов, В. Е. Сети Петри / В. Е. Котов. М.: Наука, 1984. - 160 с.

29. Иозайтис, В .С. Экономико-математическое моделирование производственных систем / В. С. Иозайтис, Ю. А. Львов. М.: Высшая школа, 1991. - 192 с.

30. Ларионов, А. И. Экономико-математические методы в планировании / А. И. Ларионов, Т. И. Юрченко, А. Л. Новоселов. М.: Высшая школа, 1991. - 240 с.

31. Лескин, А. А. Сети Петри в моделировании и управлении / А. А. Лескин, П. А. Мальцев, А. М. Спиридонов. Л.: Наука, 1989. - 133 с.

32. Первозванский, А. А. Математические модели в управлении производством / А. А. Первозванский. М.: Наука, 1975. - 616 с.

33. Рабинович, М. Г. Многокритериальные модели и методы оптимизации в текущем планировании на предприятии / М. Г. Рабинович. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1988. - 190 с.

34. Промышленная логистика. Логистико-ориентированное управление организационно-экономической устойчивостью промышленных предприятий в рыночной среде / Под ред. А. А. Колобова. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. - 204 с.

35. Растригин, Л. А. Системы экстремального управления / Л. А. Растригин. -М.: Наука, 1974.-632 с.

36. Советов, Б. Я. Автоматизированное управление современным предприятием / Б. Я. Советов, В. В. Цехановский. Л.: Машиностроение, 1988. - 168 с.

37. Солодовников, В. В. Теория автоматического управления техническими системами / В. В. Солодовников, В. Н. Плотников, А. В. Яковлев. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993.-493 с.

38. Типовая система технического обслуживания и ремонта металло- и деревообрабатывающего оборудования / Минстанкопром СССР, ЭНИМС. М.: Машиностроение, 1988.-672 с.

39. Хоботов, Е. Н. Оптимизационно-имитационный подход к моделированию сложных производственных систем / Е. Н. Хоботов // Известия РАН. Теория и системы управления. 1996. - №1. - с. 111-117.

40. Юдицкий, С. А. Логическое управление дискретными процессами. Модели, анализ, синтез / С. А. Юдицкий, В. 3. Магергут. М.: Машиностроение, 1987. - 176 с.

41. Чудаков А. Д. Автоматизированное оперативно-календарное планирование в гибких комплексах механообработки / А. Д. Чудаков, Б. Я. Фалевич. М.: Машиностроение, 1986.-224 с.

42. Хохлюк, В. И. Параллельные алгоритмы целочисленной оптимизации. М.: Радио и связь, 1987. -224 с.

43. Розин, Б. Б. Статистические модели в экономическом анализе, планировании и управлении непрерывным производством / Б. Б. Розин, В. М. Соколов, М. А. Яголь-ницер. Новосибирск: Наука, 1991. - 255 с.

44. Литвинов, В. В. Методы построения имитационных систем / В. В. Литвинов, Т. П. Марьянович. Киев: Наука думка, 1991. - 120 с.

45. Львов, Ю. А. Интенсификация машиностроительного предприятия: организация и планирование / Ю. А. Львов, Р. Л. Сатановский. Л.: Машиностроение, 1984. — 182 с.

46. Питерсон, Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем / Дж. Питерсон. М.: Мир, 1984.-264 с.

47. Планирование дискретного производства в условиях АСУ / Под ред. В. М. Глушкова. Киев: Техника, 1975. - 285 с.

48. Пригожин, Е. М. Совершенствование планирования на предприятиях / Е. М. Пригожин. М.: Экономика, 1986. - 175 с.

49. Мельцерн, М. И. Диалоговое управление производством / М. И. Мельцерн. -М.: Финансы и статистика, 1983. 240 с.

50. Чернов, В. П. Теория массового обслуживания / В. П. Чернов, В. Б. Ивановский. М.: Инфра-М, 2000. - 158 с.

51. Грудев, А. И. Имитационное моделирование гибких автоматизированных производств / А. И. Грудев, А. А. Меликян // Известия РАН. Техническая кибернетика. -1987.-№3.-с. 119-130.

52. Грудев, А. И. Моделирование динамики обрабатывающего участка / А. И. Грудев, А. А. Меликян // Известия РАН. Техническая кибернетика. — 1987. №3. — с.32-40.

53. Каличенко, Н. Н Экономико-математическое моделирование в анализе материальных ресурсов / Н. Н. Каличенко // Автоматизация и современные технологии. — 1992. №3. - с.32-34.

54. Feldmann, К. Monitoring of flexible production systems using high-level Petri net specifications / K. Feldmann, A.W. Colombo // Control Engeneering Practice, 7 (1999), pp. 1449-1466.

55. Sawhney, A. Petri net based simulation of construction schedules / A. Sawhney // Proceedings of the 1997 Winter Simulation Conference, 1997.

56. Moody, J. O. Supervisory control of Petri Nets with Uncontrollable/Unobservable Transitions / J. O. Moody, P. J. Antsaklis // Technical Report at the University of Notre Dame, ISIS-96-004,1996.

57. Makungu, M. Synthesis of Controllers of Processes Modeled as Colored Petri Nets / M. Makungu, M. Barbeau, R. St-Denis // Discrete Event Dynamic Systems: Theory and Applications, 9, 1999, pp. 147-169.

58. Iordache, M.V. T-Liveness Enforcement in Petri Nets Based on Structural Net Properties / M.V. Iordache, P.J. Antsaklis // Proc. of the 40th IEEE Conference on Decision and Control, 2001, pp. 4984-4989.

59. Канцедал, С. А. Вычислительные алгоритмы решения задач теории расписания / С. А. Канцедал // Известия РАН. Техническая кибернетика. 1982. -№3. — с.42-51.

60. Крысов, Ю. А. Алгоритм решения задачи планирования в диалоговой системе / Ю. А. Крысов // Известия РАН. Техническая кибернетика. 1984. - №6. - с.202-206.

61. Федоров, В. Ю. Анализ отказоустойчивости сложных систем расширениями сетей Петри / В. Ю. Федоров, В. О. Чуканов // Автоматика и телемеханика. 1992. - №2. -с. 144-156.

62. Стеклова, Н. М. Временная сеть Петри в задаче обслуживания одноопера-торной поточной линии / Н. М. Стеклова // Автоматика. — 1992. №4. - с.62-64.

63. Система технического обслуживания и ремонта технического и подъемно-транспортного оборудования. Волгоград: НПО "Ремонт", 1988. - 652 с.

64. Рейнгольд, Э. Комбинаторные алгоритмы: теория и практика / Э. Рейнгольд, Ю. Нигервельт, Н. Део. М.: Мир, 1980. - 676 с.

65. Рихтер, К. Динамические задачи дискретной оптимизации / К. Рихтер. М.: Радио и связь, 1984. -136 с.

66. Розенблюм, JI. Я. Сети Петри / J1. Я. Розенблюм // Известия РАН. Техническая кибернетика. 1983. - №5. - с.12-40.

67. Егоров, В. А. Транспортно накопительные системы для ГПС / В. А. Егоров, В. Д. Лузанов. - JL: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1989. - 293 с.

68. Маликов, О. Б. Склады гибких автоматизированных производств / О. Б. Маликов. Л. Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. - 296 с.

69. Юдицкий, С. А. Конвейерные дискретные процессы и сети Петри / С. А. Юдицкий // Автоматика и телемеханика. 1983. - №6. - с.141-147.

70. Яковлев, А. П. Имитационное моделирование и его применение в горнометаллургическом производстве / А. П. Яковлев. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1984. - 39 с.

71. Акимов, А. П. Планирование в гибких производственных системах / А. П. Акимов, В. В. Шафранский // Известия РАН. Техническая кибернетика. 1987. - №4. -с.178-189.

72. Бандман, О. Л. Поведенческие свойства сетей Петри / О. Л. Бандман // Известия РАН. Техническая кибернетика. 1987. - №5. - с. 134-150.

73. Бестужева, И. И. Временные сети Петри. Классификация и сравнительный анализ / И. И. Бестужева, В. В. Руднев // Автоматика и телемеханика. 1990. - №10. — сЗ-21.

74. Воробьев, С. А. К вопросу проектирования модели управления производственной системы / С. А. Воробьев, Г. Б. Масальский // Вестник КГТУ. Информатика, вычислительная техника, управление: сб. научных трудов. Красноярск: Изд-во КГТУ, 1997. - с.44-48.

75. Гроппен, В. О. Модели и алгоритмы комбинаторного управления / В. О. Гроппен. Ростов: Изд-во Ростовского университета, 1983. — 147 с.

76. Иванов, Н. Н. Обобщенные временные стохастические сети Петри / Н. Н. Иванов // Автоматика и телемеханика. 1996. - №10. - с. 156-167.

77. Имитационное моделирование АСУТП: сб. научных трудов / Под ред. Ю. С. Вальденберга. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 40 с.

78. Калачев, В. Н. Задачи планирования в гибких производственных системах / В. Н. Калачев, В. Е. Кровоножко, Б. В. Немчинов // Автоматика и телемеханика. 1995. -№6. -с.155-164.

79. Конюх, В. J1. Методы имитационного моделирования в горном деле / В. JI. Конюх // Вестник КузбассГТУ. 1998. - №6. - с. 14-19.

80. Карданская, Н. JI. Принятие управленческого решения / Н. JI. Карданская. -М.гЮНИТИ, 1999.-407 с.

81. Мясников, В. А. Программное управление оборудованием / В. А. Мясников, М. Б. Игнатьев, А. М. Покровский. JI.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. - 427 с.

82. Мясников, В. А. Модели планирования и управления производством / В. А. Мясников, М. Б. Игнатьев, Е. И. Перовская. М.: Экономика, 1982. - 232 с.

83. Гавриш, А. П. Автоматизация технологической подготовки машиностроительного производства / А. П. Гавриш, А. И. Ефремов. Киев: Техника, 1982. — 215 с.

84. Гибкие производственные комплексы / Под ред. П. Н. Белянина, В. А. Ле-щенко. М.: Машиностроение, 1984. - 384 с.

85. Морозов, В. П. Элементы теории управления ГАП: математическое обеспечение. Л.: Машиностроение, 1984. - 427 с.

86. Слепцов, А. И. Уравнения состояний и анализ динамики раскрашенных сетей Петри / А. И. Слепцов // Проблемы теоретической кибернетики: тез. докл. 7-й Всесо-юз. конф. Иркутск, 1985. —с.181-182.

87. Фельдман, Л. П. Оптимизация структур и процессов в вычислительных системах методами имитационного моделирования / Л. П. Фельдман. — Донецк: Донецк, политехи. ин-т, 1978. 79 с.

88. Костин, А. Е. Детерминированный метод для определения достижимости маркировки в сети Петри / А. Е. Костин // Автоматика и вычислительная техника. 1990. -№2.-с. 16-22.

89. Мелькумов, Л. Г. Оптимизация прибыли многономенклатурного производства / Л. Г. Мелькумов, Г. Н. Гладышевская, С. А. Плессер // Автоматизация и современные технологии. 1993. - №4. - с. 15-25.

90. Михайличенко, А. М. Управление ГПС в условиях действия возмущений / А. М. Михайличенко. М.: ВНИИТЭМР, 1989. - 32 с.

91. Моделирование производственно-сбытовых систем и процессов управления: Монография / Под ред. А. А. Колобова, JI. Ф. Шкаляровского. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1993.-216 с.

92. Негрич, В. Я. Формирование оптимальной производственной программы предприятия / В. Я. Негрич // Известие вузов. Серия "Машиностроение". 1995. - №1-3. -с.130-136.

93. Никонов, В. В. Применение сетей Петри / В. В. Никонов, Ю. Е. Подгурский // Зарубежная радиоэлектроника. 1986. - №11. - с.17-37.

94. Исследование операций: в 2-х т. / Под ред. Дж. Моудера и С. Элмаграби. -М.: Мир, 1981.-712 с.

95. Клейнрок, JL Теория массового обслуживания / JI. Клейнрок. М.: Машиностроение, 1979. - 342 с.

96. Jensen К. Coloured Petri Nets: Basic Concepts, Analysis Methods and Practical Use. Berlin, Springier/ Vol.1 . 1996, Vol.2 . - 1997, Vol.3 . - 1997.

97. K. Jensen: An Introduction to the Theoretical Aspects of Coloured Petri Nets. In: J.W. de Bakker, W.-P. de Roever, G. Rozenberg (eds.): A Decade of Concurrency, Lecture Notes in Computer Science Vol. 803, Springer-Verlag, 1994,230-272

98. Доррер Г.А. Моделирование вычислительных систем: Учеб. пособие / Г.А. Доррер; КГТУ. Красноярск, 2004. - 188 с.

99. V (и) ОАО ДИВПОГОРСКИЙ ЗАВОДдзпвл1. ПИЗКОВОЛЬТПОЙ АППАРАТУРЫ

100. Заводская ул., 1а, г. Дивно горек, Красноярский край, Россия, 663094 .1. Актоб использовании результатов диссертационной работы Сочнева А.Н.

101. Оперативное управление производственными системами на основе сетей Петри»

102. Начальник учебно-исследовательского гибкого производственного комплекса Красноярского государственноготехнического университета1. Красноярский госуда

103. Рекомендовано методическим советом (МС) электромеханического факуль1. Протокод^г от1. Тремясов В. А.технический университет1. ЖДАЮ ГТУ1. Подлесный С. А.Г