автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Определение рациональных характеристик гибких производственных модулей методами математического моделирования

Министерства станкостроительной и инструментальной промышленности СССР Ордена Трудового Красного Знамени ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

- энимс -

На правах рукописи ЦЕЛОУСОВА Ирина Владимировна

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЧХ ХАРАКТЕРИСТИК

ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МОДУЛЕЙ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических

процессов и производств

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Работа Еыполнзна в Экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков ( ЭНИМС )

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор КУДИНОВ В.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор ЛЕВИН А.И. - кандидат технических наук, доцент ДОСЬгСО С.И.

Ведущее предприятие ' - Одесское СКВ прецизионных станков

Защита состоится "¿Ь" _ 1991 года в ._часов

не заседании специализированного совета при Экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков по адресу: г.Москва,117926, 5-ый Донской проезд, д.21-6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЭНШСа. Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять г.о указанному адресу на имя учёного секретаря специализированного совета. Автореферат разослан 'к^б" СсУ7<?_4&<./Л991 г.

Учёный секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

И.В.ГОЛУБЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. 3 современных условия* перед станкостроительной промышленностью, являющейся одной из ключевых отраслей машиностроения, ставятся задачи ускорения выпуска новой техники для технического перевооружения машиностроения,совершенствования структур« выпускаемого оборудования,обеспечения апережяюцего ростп метачлорожу-щих станков с ЧПУ,гибких производственных модулей ( ГПМ ) и другого прогрессивного метачлообрабытывакдегу оборудования.

Создание ГПМ из типовых узлов на агрегатной основе является одним иэ перспективных направлений автоматизации механической обработки корпусных деталей. В настоящее время всё большее значение придаётся автономному использованию ГШ в производство и поэтому вопросы разработки и применения эффективных ГШ являются актуальными.

Д»я выбора оптимальной компоновки ГПМ иэ многовариантного числа модификаций необходимо проведение всестороннего анализа технических и экономических характеристик модулей с помощью современных средств математического моделирования.

Известно,что имитационное моделирование является наиболее эффективным средством анализа производственных систем. Однако,до настоящего времени не создано универсальной имитационной модели процесса функционирования гибкого производственного модуля,без которой невозможно ускоренное и более достоверное решение задачи определения рациональных характеристик работы ГПМ.

Проведение характеристического анализа функционирования ГШ с помощью метода имитационного моделирования является новым,перспективным и весьма актуальным направлением исследования.

Цель работы. Основной целью диссертационной работы является научно обоснованный выбор оптимальных модификаций ГШ! и определение области их применения в заданных производственных условиях.

Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспе-. ркментальные методы исследования. При проведении теоретических исследований использовались методы теории массового обслуживания, методы теории вероятности и математической статистики. Экспериментальные исследования проводились с использованием языка имитационного моделирования и программных средств.

Научная новизна. В диссертационной работе получены новые научные результаты, которые заключаются в сладупсцом:

предложен алгоритм имитационного моделирования ГПМ;

■ разработана универсальная имитационная модель процесса функционирования ГШ;

. создана методика исследования процесса функционирования ГШ путём имитационного моделирова:пся с определением оптимальных компоновок ГШ,предназначенных для обработки корпусных деталей.

С помощью указанного метода имитационного моделирования впервые проведено всестороннее исследование ГШ различных модификаций,работающих в автономном режиме; получены закономерности функционирования как ГПК в целом, так и всех его составных элементов,в том числе и тех элементов ГШ,которые сконструированы из различных типовых узлов; проведена имитация и оценка работы оператора.

Практическая ценность. Практическая ценность г боты заклпчается в то)», что результаты проведенных исследований позволяют:

- провести выбор оптимальных модификаций ГШ и определить области их применения;

• оценить работу ГШ в процессе его функционирования в производственных условиях,а также решить узловые вопросы создания гаммы ГШ для обработки корпусных деталей;

- исследовать эффективность работы,а такие структуру вновь создаваемых ГШ экономичными методами математического ¡. лделнровапхя.

Реализация результатов работы. В результате диссертационных исследований проведен выбор оптимальных модификаций ГШ дл' реальных производственных условий па нескольких предприятиях к определены области применения рекомендованных ГШ. При этоы,внедрены и использованы методика и имитационная модель для оценки процесса функционирования станочного оборудования в механообрабатывающем производстве корпусных деталей,за счёт чего только лишь на двух предприятиях получен экономический эффе.кт 45 тыс.рублей.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на: Латвийском республиканском постоянно действующем научно-техническом семинаре "Моделирование гибких производственных систем"(г.Рига,1988); на экспертных советах 8НИКС (г.Москва,1988,1989,1990,1991).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 печатные работы ( I брошюра, 3 статьи).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста и содержит 41 рисунок, 10 таблиц,список литературы из Пб наименований и 5 приложения на 54 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и определена цель исследования.

В первой главе рассматривается состояние разработок иетодов м средств осуществления рационального функционирования гибких производственных модулей а современной механообрабатывающем производстве.

Вопросами разработки и создания эффективных ГШ занимается ряд ведущих институтов и предприятий в нашей стране и за рубежом,такие как ЭНШС,ПО"Станкозааод им.Серго Ордконикидзе"г.Москва, Ивановское станкостроительное обьедииение,Одесское СКВ прецизионных станков, Мосстанким и др. ,& также ряд фирм Японии,ФРГ,США,Австрии,Италии к др.

В Советском Союзе в последнее время проведены исследования по разработке методики рационального выбора состава и структуры станочного оборудования.В трудах ведущих советских учёных Аверьянова О.И., Белова B.C., Бвлянина П.Н., Кудимова В.А., Пуша В.Э., Соломенцева D.U., Сосонкиыа В.Л., Федотова А.И., Царёва.В.Н.и др. указываемся,что правильный выбор состава станочной системы оказывает решающее влияние на эффективность производства.Работы,выполненные в этом направлении, покалывает,что установившихся решений по определению эффективного состава технологического оборудования применительно к ГПМ пока ие существует. Отечественной промышленностью освоен выпуск ГПМ различило технологического назначения.В главе рассмотрены особенности современных ГШ и принципы их агрегатирования.Показано,что в связи с тенденцией к широкому применении ГПМ в производстве,всё более остро стоит вопрос о научном обосновании и теоретической оценке работ по создании ГТШ и определению областей юс применения. При этом в главе рассмотрено состояние характеристического анализа станочных систем и показано,что для создания оптимальных ГПМ и исследования эффективности их функционирования необходимо определение рациональных характеристик ГШ методами математического моделирования^ числе которых предпочтительным является метод имитационного моделирования.

Метод имитационного моделирования использовался в работах Цусленко В.Н., Дойчиновой Г.С., Завьялова A.B., Калачева В., Коре идя-сева А.И., Itica Д.А., Портмана В.Т., Суходольского A.M., Яипольского C.JI. и др. применительно к исследованию ГПС и технологических процессов производства. Однако, применительно к исследованию ГПМ метод имитаци онного моделирования до настоящего времени не применялся,в то время как, имитационное моделирование дает возможность с високой достоверностью оцонить функционирование самых различных по составу и структу ре гибких производственных модулей с учЗтом влияния большого количества разнообразных производственных факторов.

Во второй глиее проведено обоснована основных принципов проведения исследований для определения рациональны< характеристик ГШ.

!иК'гои имледонамия является ГПЫ,в состав которого могут входить: 1 Кшбстцешю станок,то есть рабочая машина,предназначенная для формо-ио^азоьаник изделий путей обработки металлов резанием;2)устройогво убавлении станком;3)пристадачный накопитель тар(столов-спутников,деталей,заготовок или полуфабрикатов);4)устроЯство загрузки-выгрузки или .>1->ииаленньй \го6от с системой управления для загрузки деталей(палет) 1, рао о чуй лозицию и снятия их;5)систеиа автоматической смены инстру-иета.вклмчаюо^я инструментальный магазин и средства управления; 6)с«1стема автоматизированной сиены инструментального магазина; ?)устрой пню загрузи накопителя,вспомогательные устройства для уборки стружки,очистки и мойки и др.;9)контрольно измерительные средства дня кмпмадчя размеров детали и других параметров работы к состояния ГШ. ГШ может работать автономно или в составе ГПС.Рис.1 представляет солей схему взаимодействия элементов структуры ГШ в процессе их функционирования. На рис Л пунктиром показалы механизмы,необходимые при и.гцюйке ГШ а ГПС.

^Транспо^ инструмент а1,

Вспомогательные устройства

Контрольно измерительные

Система управления гпи

Станок с ЧПУ

Система смены «нструыенталь-

ного магазина »--

Система смены инструмента

Устройство

загрузки-

выгрузки

Накопитель заготовок и деталей .. _ I

Устройство

загрузки

накопителя

i

Транспорт эагоюьок и дотачей J

Г«.; Л. Структурная о.1емг\ объекта исследования

Различные структуры ГШ создаются из типовых узлов нл «['[(-Г'и- !' основе.В связи с тем,что число возможных вариантов компоновок ГШ велико,поставлена задача выбора оптимальных структур ПИ для з>;;ш1 -них условий производства.Постановка задачи в математической : имеем множество производственных условий ..., V; ,где -нс.мер производственного условия и множество компоновок ГПМ л,,«^,..., , гдо N -номер компоновки. Целовал функция 11 имеет следующий вид:

(I)

Для у - У; имеем Н, =•//(', К)

н*

Необходимо найти такое к, которое отвечает и инимум цела вой фуикнии:

Нн =тсп{н<,...,н„) . (2)

Целевпя функция прод~тавляет собой часть приведенных затрат на производство продукции с использованием ГШ, приходящуюся на I ч одиозного времени работы модуля.

Для решения поставленной задачи были ¡.нарпботшш !:г?тсд::ка и алгоритм набора состава ГПМ методом имитационного моцелнрпьаиия.

Методика решения задачи с л едущая. При помощи прогр.н:1 п-генерачи-ра структур ГШ получаем для заданных производствен^^ условий псшчг ныс компоновки ГШ.Моделируем процесс функционирования этих вариантой структур ГШ с помощь» имитационной модели.Исследуем характеристики ПК, полученные в результате имитационного моделирования.Для каждой из модификаций ГПМ определяем значение целевой функции по формул! V 31 ¡111/0:

• Я) ЧО3 , РУб.

(3)

- Н ртм .¿.я . + ) час',

где Ь -приведенные затраты на'производство продукции,вьыусши.гой ГШ в течение года(тыс.руб.); «С-коэффициент сменности производства,в котором используется Г№; в -коэффициент технической готовности ГЛС. (когффтгиент загрузки); ^¿-максимальный фонд рабочего времени за год при трёхсменной ряботе оборудования; -процент брака(^); -коэффициент, покс-яшпщпй отношение машинного времени рассчитываемого варианта к машинному времени базового варианта; д,-коэффщиент.показывающий отношение подготовительно-заключительного времени рассчитиьвемог: варианта к машинному времени базового варианта; да-коэффициент,показывающий отношение вспомогательного времени рассчитываемого варианта к машинному времени базового варианта; Лж,-коэфф1Ициент,показывах<ций отношение подготовительно-з&клк'Читсльног:) променл к малинному времени в базовом варианте; Д^-коэффициент,показывающий отношение вспомогательного времени к машинному времени в базовой варианте.

В тексте диссертации представлены все формулы для вычисления показате-

; й, входу и,их п (формулу 13).

Лр'мзвид! Н1 ЭВЫ расчёт целевых функций по формуле (3) с использованием результатов имитационного моделирования для различных ГШ находим минимум целевой функции.Далее определяем онтим.члшуо структуру ПА1 и его р&ииснальниё характеристики,которые обеспечили минимум II дпя

заданных производственных условий. Таким образом,методика даёт возможность выбрать и рекомендовать определённые структуры ГШ и области их применения. Для проверки результатов имитационного моделирования разработана аналитическая модель функционирования ГШ с учётом отказов работы оборудования и ремонтно-восстановительных работ. На рис.2 изображён граф состояний и переходов ГПМ,который порождает систему дифференциальных уравнений,неизвестными которых являются

вероятности состояний ГШ А;</">,/> .где индексы состояния накопителя, учитывающие количество заготовок в накопителе / и количество обработанных деталей /'; К -ивдекс состояния станка с ЧПУ; € -состояния промышленного робота; т,п -индекс лучитывшцие отказы станка и ПР, гпв *■ ■/ ж » «ели простаивает станок или ПР

' II , если работает по управляющей программе »

т п » • еоли работает станок или ПР ' II , если простаивает по причине отказа '

./^-интенсивность смены деталей пристаночного накопителя от транспортной, системы;/У-интенсивность обслуживания станка промышленным роботом; ^/-интенсивность обработки детали станком;^ -интенсивность потока отказов станка; ^-интенсивность потока отказов ПР;-интенсивность восстановления отказавшего станха; /с*-интенсивность восстановления отказавшего ПР. Предельный переход при ¿-»—переводит систему

дифференциальных уравнений в систему линейных алгебраических уравнений стационарного состояния (4),которые нужно решать совместно с нор мировочним условием; где х =0, р-1, р - ёмкость на, жителя.

А Р-'АЧОЛ-, = /4 ф-^лье,о

-Л'^/'-'Л'Л' ту*

г-* * ( '

у -С 'О V' '

> - ^

Рас.2. Граф состояний к переходов ПИ

Геяа« приведенную систему алгебраических уравнений (4) получаем вы-ражишя для вероятиостей состояний ГШ в установившемся режиме,которые в свою очередь дают возможность определить характеристики ГШ: - коэффициент загрузки станка : г ^^

~ у г,. /Z V У V.

- коэффициент загрузки ПР

¿у1___/Уз

ПР

коэффициенты простоя станка и ПР по причине системной неувязки и по причине отказов, долю времепи,в течение которого происходит смена накопителя. Аналитический метом даёт возможность рассчитать

коэффициенты загрузки станка,ПР,накопителя,но не определяет коэффициент аагруэки оператора. Результаты такого аналитического расчёта недостаточны для решения задачи выбора оптимальных вариантов ГПМ и определения его рациональных характеристик.Эти результаты использованы при сравнении и оценке достоверности результатов имитационного моделирования. В главе даны принцкпы построения системы математического обеспечения для определения рациональных характеристик ГШ с использованием имитационного моделирования. В заключении главы сформулирована задача исследования, заключающаяся в создании универсальной имитационной модели,которая позволила бы с достаточной степенью адекватности воспроизводить все основные компоненты реальных процессов функционирования ГШ,обслуживаемого оператором. Тахая модель должна быть ориентирована на использование всей совокупности исходных данных,которые описывают реальные производственные процессы.

В третьей главе проведено исследование процессов функционирования гибких производственных модулей методом имитационного моделирования.Для исследования разработана универсальная имитационная модель процесса функционирования ГШ на языке моделирования .

Программирование основной части С^^-модели заключается в составлении сегментов,представляющих собой последовательности операторов-блоков. Структура имитирующей программы представлена на рис.3. Составлены временные диаграммы,которые легли в основу блок схемы имитационной модели (рис.4).Процесс функционирования ГШ представлен в виде блок схемы программы.Согласно ухазанной блок-схеые(рис.5)написана программа моделирования,которая реализована на ЭВМ ЕС—1061.Особенностью разработанной имитационной модели является расширенный метод сбора статистических данных,обеспечивающий вывод на печать суммарных периодов времени нахождения калдого элемента модели (станка,робота, оператора) в каждом из допустимых состояний.Разработанная программа

отличается универсальностью и высокой ггбкоотьп.так как ома мочет быть использована для опенки сами/ различных по конструкции гибких производственных модулей без необход-,м/ости »несения суп".*', г ценных изменения в программу.С помощью имитационной модели было приведено .:с следование различных структур ПС'!,а именно для исследования было предложено проанализировать работу двух групп |/оди!>икациП ПГ<1{~ТТЛ: 1-!5 и ГПМ:6-8).отличающихся своеЛ структурой,созданной из разных типовых

узлов.Так,в первой группе: ГПМ-1 состоит из 14 типовых уэю*(стол вертикальный новоротный со следящим пр.1»одом(неирерычннн); стойка с приводом по оси "У"; станина с санями стойки и приводом но оси "X"; механизм зажима коробок в ревопьворноП головке; привод илансуппорта; станина с приводом по оси 2"; револьверная головка с приводом главного движения,с механизмом поворота и фиксации; сверлильная многошпин дельная групповая коробка; расточная многорезцовая коробка; плансуп-портная коробка(ход свите м ;.м); фрезерный шпиндельный узел(до 2000 оС/нин); накопитель столов-спутников с устройством явтоматичес-кой смены столов спутников для вертикального расположения столо» на 8 мест; магазин одиночного инструмента с устройством автоматической смены инструментаСёмкостью 36 позиций); магазин многошпиндельных а специальных коробок с устройством автоматической смены коробок (ёмкостью 24 коробки)). Остальные ГШ имеют те же типовые узлы,что

и ГПМ-1, но отличаются следующими ГПМ-2 вместо накопителя для вертикального расположения столов на 8 мест,использован накопитель дяя горизонтального расположения столов-спутнико» иа 4 места; в ГПМ-3 -накопитель отсугствует; в ГПМ-4 - отсутствуют инструментальные иага-эияы,накопитель применён на 8 мест; в ГПМ-5 -отсутствуют и магазины, и накопитель. Во второй группе ГПМ,структура которых составлена из типовых узлов другой конструкции »модификации ГТЫ-6 к ГПМ-7 состоят

из 9 типовых узлов(колонна с приводом по оси "У"; неподвижная тумба; станина с приводом по оси "X"; поворотный стол; шпиндельный блок поворотный; универсальный шпиндальный узел; шпиндельный модуль с приводом по оси "2"; накопитель столов-спутников с устройством автоматической сиены спутников; магазин одиночного инструмента с устройством автоматической смены инслрумвнта(ёмкосгьп 60 позиций)),

при этом ГТМ-б имеет накопитель на 2 места, ГПМ-7 -на 6 мест, а ГГМ-8 отличается от ГПМ-б и ГПМ-7 отсутствием начопителя. При составлении имитирующей программы для анализа указанных модификаций ГПМ использовались исходные данные (см.табл.П. В результате сыпалпония £Р55-:1рогрячми на печать выведена подробная информация о всех используемых в модели объектах.Процесс моделирования работы всех-исследованных модификаций ГПМ реализован в соответствии с моделирующим алгоритмом.Полученные результаты моделирования были систематизированы и послужили основой для .определения обобщённых показателей работы ГПМ,а именно козффициенл а загрузки ПИ и коэффициента загрузки оператора. Анализ результатов имитяцжж кого модели роил ни я и с'рпботка шзгочис пенных экспер;,«п"т?льм«'<

1— ~~вход ' ____|

исходные данные_]

| ■ создание станка

генерирование партии деталей

автоматическая обработка деталей 1

сошлю во время автоматической

_обработки

выгрузка детали из гш

оператор обслуживает станок

п/и изменение состояния станка

п/п изменение состояния оператора

п/11 изменение состояния пр _^и

пр обслуживает станок пни деталь""]

ыошса и измерение ] -^--

окинчание прогона____________]

I и/п~случайный интервал времени" ]

-------'I.......• ■

1 ПЕЧАТЬ.ВЫХОДНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ_______]

[_____________________ .. .....]

Рис.3. Структура имитирующей программы

Рис.5. Укрупнённая блок-схема программы

СТАНОК

ПР

ОЖИДАНИЕ ПРИБЫТИЯ ОПЕРАТОРА

ПРОСТОИ ПРИ НАСТРОЙКЕ СТАНКА

ОЖКДАИШ ОКОНЧАНИЯ М-50ТЫПГ

РАБОТА ПО УП

■РОСТОК 1*М СМЕХЕ

иистг» ¡¡¡ш.

ОЖИДАНИЕ ОКОНЧАНИЯ РАБОТЫ ПР

РАБОТА ПО УП

ОЖИДАНИЕ ОКОНЧАНИЯ РАБОТЫ ПР

РАБОТА ПО УП ОТКАЗ ПРОСТОЙ ИЗ-ЗА (1.2.3 II РЕМОНТА 1 СТАНКА

I ••

ОЖИДАНИЕ

ПРОСТОИ ПРИ НАСТРОЙКЕ ПР

РАБОТАЮ УП ЗЛГРН КА ЗАГО-

тоени

ОЖИДАЕТ ОКОНЧАНИЯ РАБОТЫ СТАНКА

РАБОТА ПО УП

МПШ

»очистку

нгпш НА СТАНОК

МГГУЗКЛ

мконтроль

СВОБОДЕН

РАБОТА ПО УП

игтт МЮПКТШ

мггузка

«А ОЧИСТКУ

ъьпу

КАИА СТАНОК

РАЗГРУЗКА ОТКАЗАВШЕЙ I ДЕТАЛИ

РАБОТА ПО УП

ОТКАЗ

ПРОСТОИ ИЗ-ЗА РЕМОНТА ПР

ОПЕРАТОР

НАКОПИТЕЛЬ

СИСТЕМА СМЕНЫ ИНСТРУМЕНТА

Зш

Хх

ох

ПРИЕМКА

ПАРТИИ.

ДЕТАЛЕЙ

НАСТРОЙКА ГПН

НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ХОДОМ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

НАБЛЮДЕНИЕ ЗАХОДОМ

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО

ПРОЦЕССА

РЕМОНТ СТАНКА

РЕМОНТ ПР

ох

ЗАГРУЗКА НАКОПИТЕЛЯ

тагшт

АЕииЕ

МЕСТА»

НАКОПИТ!

х_

осммж-

А£И*£ МЕСТА» накопила!

1АКЯТИЕ

ДЕТАЛЬЮ

МЕСТА

кжоют ХАКОЯИ-шя

еемюж-А£"« М£СТА Ь НАКОПИТЕЛЕ

• • •

РАУРУЗ КАНМО-Якттдл

СМЕНА ИНСТРУМЕНТА

2.

СМЕНА ИНСТРУМЕНТА

СИСТЕМА СМЕНЫ НСТРУМЕНТААЬ-0Г0 МАГАЗИНА

УСТРОЙСТВО

ОЧИСТКИ.

МОЙКИ

СМЕНА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАГАЗИНА

(НИСТКА МОИ К*

КОНТРОЛЬНО-[ЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

коптим»

. !

3

рис. к

Таблица I

Перечень исходных данных для моделирования

Группа данных

Наименование

Тип распределения случайной величины

Информация об Количество наименований равномерное

обрабатываемых деталей

деталях Программа производства равномерное

деталей

Число переходов при обра- равномерное

ботке детали

Размер партии деталей равномерное

Длина периода повторения равномерное

номеров типов деталей

Временные Время установки детали на нормальное

станок

характеристики Время разгрузки детали со нормальное

станка

Время загрузки на контрольно- нормальное измерительное устройство Время загрузки-выгрузки на нормальное пристеночный накопитель

Время смены инструмента из пуассоновское инструментального магазина Время загрузки-выгрузки пуассоновское

накопителя

Время очистки,мойки детали нормальное Длительность измерения пуассоновское

детали

Длительность настройки ГШ нормальное

при запуске партии деталей

Время обработки детали нормальное

Данные надёжности оборудования

Время работа между отказами оборудования Длительность ремонта оборудования

экспоненциальное экспоненциальное

Показатели компонов- Количество типовых узлов ГПМ ки Г1М Названия типовых узлов ГПМ

Емкость инструментального • константы магазина

Емкость накопителя

Прочие даннъ'й

Длительность мод?лирорания

константы

,,.i)iiiiA,i)iiiew.¿.>- £ ,".::/едоваши,позволили установить закономерности изкышшш ыл-ффициентов, характеризующих работу ГШ (коэффициент ааг^узки Ш'.,ПР,станка,спе{ьто(а) в зависимости от ewiimiKui«! %.e;/cn.i l различных значений производственной программы,подготовительни-

ьмклсчительного времени и вспомогательного времени. Указанные зависимости i.er;.r,vio 1.« (азаны на графиках.представленных в третьей главе ( Iü рисунков).Из отого числа грификов,зависимости коэффициента síu--^узы. ГШ t целом,а также еро основных г-лементов от каш. ..чредстав-.".л я pic.f ,7,8,9. Анализ работы вле»/ентсв ГШ является необходи-iw условие)/ определения эффективности работы ГШ в целой. Но вшение величины коэффициента загрузки определяет рост эффективности работы ГШ. Из рис.6,7,t,9 видно,что коэффициент загрузки станка возрвгтье'1 при увеличеш.и времени работы станка но управляющей прсгрьАые.и гс Еффициенты загрузки оператора и робота уменьшается. Коэффициент загрузки ГШ в целом воз; «стает с увеличением машинного времени. У результате обработки экспериментальных дашщх установлены зависимости изме нения ковффицнентов загрузки для всех исследованных модификаций ГШ. Проведение сравнительного анализа результатов имитационного модели рования с результатами аналитического расчёта показало.что полученные при имитационном моделировании результаты отличается высокой достоверность»,.

i) четвертой ' главе дана технико-экономическая оценю вариантов компоновок ГШ. Технико-экономическим критерием выбора оптимальных структур ГШ является минимальное значение целевой функции 11 (/?ti/ill ) (см.формулу 3). В целях оценки разработпнноП методики и её практической реализации проведены расчёты целевой функции для различных структур ГШ. Результаты расчётов для обоих групп модификаций ГШ сведены в та?л.2. В таблице 2 показаны коэффициенты загрузки оператора ( Ü ) и ГШ i. j ) , получаемые в результате прогонов имитьциомней .-•сделк; стоимости и плагди для струмур РИМ и - ра-' чашшие значена я целЕ! их функций.

Сопоставив полученные величины H для раахичшх структур IUÜ выбираем компоновку, соответствувцую мянимальноиу значению целевой функции. Как видно иа тасишш 2, ддя uepcoÊ rpynuu иодифишциЛ ПШ минимальному значению И ссютввгсгауот П1У-1 при ¿uaw ICI мин и ПЫ-3 прн í uas » «■ 40 мин. Ойдасть применения ИШ определяется не только U, но я иро-¿аводотЕвмпо-зкониаическшйи возможностями предприятия. Несмотря lia tu, чю IUk-1 njiu é и'« » 10 üiiu характеру eica и.1Ш1ШЛЫШми прниедешцаы уат|й!пши, область oro ириививнин все кс ограничивается ого intJi'oli с.i о^ммот . itr.r(-(41 ri но ficoi'M цостиши згилзчик.у. Из тп0л,<2 рш'.мо, чте

. 0,4fi

<мат,мин

40 ¿.мазчик?.

Pmc.S

иадкнного r.wGKS в о до

ó,9. Зависимости коэффициентов загрузки:станка К?_,роСота K¡L, ЛЗМ KÍL,,операторе. г

1 ft^llll At'li ■**|1втп ПГЧ1 чл АПА/ялвиа,» >. ... .. ____. _ — _. _________ _ÜÜ____ W _ _ " _

о времени тмай при подготовительно-заклгчктельноБ'времвнк.раВком 32 шШ.'всгюмс! гтвенмоя програаэйе,равной 20 тыс.деталей для различных структур ГШ: 1,2.3.4,^

Таблица 2

Результаты расчётов иелевых функций для ГШ: 1-5 ■ ГШ: 6-6

Компонов- Компоновка Машинное тоеия Машинное время «40мин

ки ГПМ стоимость: плспадь коэффициенты загрузки |целевая коэффициенты загрузки ¡целевая

тыс.руб : м2 ГПМ (р ): оператора : функция ПО! ( в );оператора:функция

1 ( п : н що : час ; > : н : час

ГПМ - I 77,5 9,75 0,670 0,499 58,364 0,743 0,353 40,327

ГШ - 2 73,5 9,50 0,630 0,511 65,973 0,716 0,364 41,542

ГШ - 3 65,5 9,00 0,531 0,595 103,942 0,641 0,207 39,255

ГШ! - 4 49,5 6,05 0,524 0,590 102,062 0,625 0,436 55,447

ГПМ - 5 37,5 5,30 0,441 0,668 163,156 0,562 0,301 52,415

ГШ - 6 53,0 5,50 0,606 0,495 65,500 0,696 0,373 41,597

ГПМ - 7 57,0 6,20 0,641 0,514 61,790 0,722 0,357 38,357

гам - 8 47,0 4,50 ' 0,531 0,595 99,710 0,641 0,207 36,810

при/маш=40 мин минимальное значение соответствует компоновке ГПМ 3, которая отличается от компоновки ГПМ-1 отсутствием пристеночного накопителя,* тому же модификация ГШ-З отличается пониженной стоимостью за счёт отсутствия накопителя,что значительно расширяет область его применения. Расчёты показали,что дня производственных условий, требующих небольшое время обработки детали по управляющей программе, следует применять ГТИ сложных модификаций,наиболее оснащённые средствами автоматизации производственного процесса,а при большом машинном времени,-целесообразнее использовать компоновки,не имеюцие пристеночных накопителей.Этот вывод подтверждается также данными,представленным« в таблице 2 для оценки ГШ второй группы. Из таблицы 2 видно,что при ^маш=Ю мин оптимальной является модификация ГПМ-7 с накопителем на 6 мест, а при /"цаш=40 мин наилучшей оказалась компоновка ГГО1-8.Соответственно и стоимость указанных модификаций ГШ отличается в зависимости от их сложности. В результате исследований рекомендованы к применению в народном хозяйстве оптимальные компоновки ГШ.

В приложениях даны: текст программы имитационного моделирования на ЭВМ, акты внедрений результатов работы в производство,расчёт фактической экономической эффективности.

общие вывода

1. Изучение литературных данных показало,что в настоящее время созданию высокоэффективных ГШ в промышленности удаляется все большее внимание, однако,на этом пути проведено недостаточное количество теоретических работ,а на практике создаются пока единичные экземпляры ГШ с помощью преимущественно эмпирических принципов агрегатирования применительно к конкротюм условиям производства.

Вопросы разработки эффективных ГГМ являются весьма актуальными и р этом направлении ведётся интенсивная работа в ряде развитых промншлен ных стран.

2. Конструирование элективных ГПМ нэвозмояно без применения современных методов математического моделирования,главным образом средств имитационного моделирования,которые обладают определённым!', преимущесг-вами.дппщими возможность решать сложные задачи создания и осуществления рационального функционирования ГПМ. Разработанная модель состав-тена на языке имитационного моделирования и реализована на

"с о в«- 1051.

3. Эффективность и зконоу.и»но.?ть работы гибких прэизчодс.твенных •юду.юЯ оцпнимтсь нут8м определения рлциокясьшх хпро.ктериепк ГПМ,

1гм] чг'<-н.ых на обеспечение функционирования ГШ по ряду веданных пр'и.. родственных показателей.

Проведение характеристического анелиэа функционирования ГШ с помощью методов имитационного моделирования является новым и перспективным нвпрэсмекнем исследования,представляющего не только теоретический,но и непосредственно практический интерес.

4. Для проведения исследовпний разработана методика определения рациональных характеристик ГШ,согласно которой методами математического мсделирорвк/F проведен характеристический анализ определённых мод/,¡1,'кациП ГШ.В рамках математического моделирования разработаны следующие методы:

- аналитический метод моделирования,в котором создана модель, отличающаяся тем,что дополнительно учитывает наличие отказов в работе оборудования,входящего в состав ГШ,а также-длительность ремонт-го-восстановительных работ;

- метод имитационного моделирования.который впервые применён для анализа автоломжого функционирования ГШ и позволил показать поведение объекта в динамике в течение длительного периода его работы с воспроизведением последовательно во времени изменения характеристик системы; имитационный метод включил также большую,чем при аналитическом методе совокупность параметров исследуемого процесса и обеспечил получение результатов с более высокой точностью.

5. Методом имитационного моделирования определены для ГШ различных модификаций итоговые характеристики,а именно коэффициенты загрузки для хаздого элемента ГШ и для модуля в целом,суммарные периоды времени нахождения элементов ГШ (станха,промышленного робота,оператора) в каждом из допустимых для них состояний,количество обработанных деталей и партий.Проведена проверка и подтверждена правильность конечных результатов,полученных после прогона имитационной модели при помощи сравнения с расчётными данными по предложенной аналитической модели ГШ.

6. Имитационная модель позволила:

- рассмотреть работу ГШ в процессе его функционирования применительно к реальным производственным условиям;

- получить с большей достоверностью конечные результаты работы ГШ в целом,так как использовались различные законы распределения случайных величин в отличие от аналитического метода,который ограничивав гте г только экспоненциальным распределением;

- огенуть работу ГПЫ не только в целом,но и его структурных элемен-

: ! Г(<"'М')'(>,(гтрртерн,устройства смены инструмента,накопителя;

- определить работу оператора,длительность пробивания п клядон из его состояний,что недоступно аналитическому методу;

- провести исследование долговременной работа ГШ путём сяатия временной шкалы,что дало возможность устранить большие затраты времени и средств,необходимые для оценки функционирования ^действующих ГШ;

- обеспечить быстродействие и экономия средств при проектировании вариантов компоновок ГПК.

7. В результате дисиортэционч'л"! р«боты произведен выбор оптимальных модификаций ГШ,имеющих в заданных производственных условиях наиболее эффективные показатели работы:минимальные приведенные л?тр.°-ты,наябогьший коэффициент загрузки,приемлемую стоимость и площадь. Предложенные модификации ГШ, предназначены для механической обработки корпусных деталей и обладают высокой степенью автоматизации, компактность»! и гибкостью вариантов компоновок,повышенной точностью обработки деталей и высокой производительность!!.

0. Теоретические разработки,полученные в исследовании,пригодш для использования как при проектировании ГШ,так и при поиске более целесообразных режимов функционировал«» эксплуатируемых модулей.

Разработанная методика анализа функционирования ГШ и имитационная модель отличаются универсальностью ,высокой гибкостью и рекомендуется для исследования сашх различных структур ГП!1, предназначенных для механической обработки деталей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Целоусова И.В. Разработка математической модели для определения рациональных характеристик процесса функционирования гибкого производственного модуля. /Экспресс-реклама. -Рига, ЛатНИШПМ, 1990.-с.1-12.

2. Миронович Ю.Р., Целоусова И.О., Кояло Н.Э. Ыатематическая модель для системного анализа гибкой производственной системн//Приборы и системы управления.-1967.-Г'Ю.-с.I-3.

3. Толуев Ю.И., Целоусова И.В. Универсальная имитационная модель функционирования участка с гибкими производственными модулями// Сборник научных трудов.-14. :ЭНИМС,1991.

4. Целоусова И,В. Исследование процесса функционирования гибких производственных модулой методом имитационного моделирования./ Рекламно-информационный листок.-Рига, ЛАШИ, 1991.