автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Оптимизация систем управления производством железобетонных конструкций

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ МЛШШЮВРДИ ШЯ им. Л.Л. БЛЛГОНРАВОВЛ

^ #

На пропах рукописи ' ->т. Хг

V V

Хоанг Ваи Ланг

Оггпшитащга систем управления ггротподстпом жслечобетоиных конструкция

Специальность 05.13.16

Применение пычислитслыгсП тоашкн, математических методов и математического моделирования в научных исследованиях

АВТОРКФКРАТ ДИССЕРТАЦИИ »а соискшшс ученой степени кандидата технических тук

МОСКВА - 1998

Работа выполнена а Институте Машиноведения nxi. A.A. Блаюирааова PAJI

Научный руководитель: Доктор технических наук профессор Болнокин В.Е.

НаучныП консультант: кандидат технических наук Н.В. Тыоиг

Официальные оппоненты: доктор тсхпнчсозпс наук.

профессор Афанасьев В.Н. кандидат технических паук, доцент Чемоданов Е.С.

Ведущая организация: НИИ Аптоолсктропики

Защита coctoirTcs "2) " С^Я^Я 1998г. в Ш часок ил заседании Дисссртащюшшш соиста КСЮЗ.42.02 при Институте Мглишовсдсшш им. Благонравоаа А А. Российской Академии Наук по адресу: Москва. Малый Харитоньевский переулок, д.4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Машипоисдсшьч им А.А Блзгонраоовя РАН.

, ъ

Автореферат разослал "/S" ЯнТУС^ S99Sr.

f

пурцеладзе г.к.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат технических наук

С' .__-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ1.1

Актуалыюсп. работы

Одной ш важнейншх чадам (штсиснфиклцнн производства в СРВ является совершенствование производственных процессов, в частности повышение его гибкости на баче всесторонней автоматнзацш!, внедрения пгоюп протводствешшх систем (П1С). U этой связи особое знача ше приобретают проблемы ришт« протводстпенних систем, определяющие гибкость нро1П1юдствен1Ш.х процессов:

развитие шютофуткщюиальности производственного оборудовашм, определяющего потенциальные возможности П1С в обработке определенной номенклатуры изделий (статический аспект гибкости);

- повышение зффектипиосш системы уираглсши (СУ) П1С, реализующей потсшошплыс возможное ш производства иаилупинч обрати, сообразно текущему состоянию П1С и производственный целям (;пшаин,'сскиЛ аспект гибкости). '.)то становится особеюю ясно на примере бурно развиваемых в СРВ в настоящее г,рек я производств железобетонных юделнй. Потребность а такого nuia производств в СРВ чрезвычайно велика в связи с структурной Пересipofncort системы дорого, мостов, в также зт-плечьнимн масштабами строительства промышленных и жилых объектов. При тгом достижение необходимых геипо» строительства возможно лишь при многократном увеличении ггроизводства отдельных комплектующих - в перв>зо очередь, яелезобетониых свай, опор, груб и друпос конетрукшей. Факторы роста пофсбности ■ таюtx конструкциях с гимулирукгг вне.фекне злеменюв ппЗкон автомаппаюш ил заводах н фабрнклх но кзютовлсюш железобетонных нчлеллп различною на шаченич.

Актуальность данной работы определяется необходимостью автоматизации сложною процесса принятия производственною решения по ортанизаинн взаимодействия подсистем П1С. ' нзютовлення железобетонных конструкций, необходимостью совсршенст вования истодов и критериев оценки чффекпшюстн функционирования таких ПК', а также усложнением характера связи персонала с используемым программным обеспечением.

Процесс дитомаппаюш формировали* производственного pciuetou г,ключаст разработку профаммно- а.иоригчическою обеечечегаи следузочои за;ич:

- KXieiuapnoiо планирования П1С производства железобетонных конструкций;

- формирование счс1пн>- суп мною расписания П1С в части упорядочивания произволе гвенных операции к их распределения по ячейкам П1С;

- оперативное управление.

- управление транспортом ПК' на основе сменно суточного расписания.

Решение перечне тештых задач орт актации отгтнмалыюго взаимодействия

подсистем П1С потребовало проведения ряда вспомогательных исследований по разработке кртп-ернев зффек-тивносш протводственной деягелиюсти П1С, совершенствованию средств интерактивного обмена информацией персонала с профаимно- алтортпмтпескнм обеспечением.

Вместе с тем. неотъемлемым условием разработки моделей взаимодействия является функиионнроватгс в режиме реального времени, что определяет жесткие требования к динамическим свойствам алгоритмов. Учет названных факторов может нантн свое вираже»тс в достижении некоторою компромисса между эффективностью

I гроцсдур н временем принятия решения по организации производстве!ппах процессов ГНС, усложнении структуры 1грограмм1юго обеспечении.

Поскольку СРВ намерен шпененвно внедриться „ нировой рынок, ясно, что нужны научные технические проработки, которые позволят учитывать закономерность в действиях случайных факторов при управлении производством, т.е. использовать принципы адаптации в работе предприятия. Кроме того, машинный парк оборудования большинства преднрия'шй СРВ достаточно старый, и, поэтому оборудование работает со сбоями, возникающими из-за отказа отдельных элементов и узле,и :>Ю1 факюр имеет свои статистические особешюсти и влияет кра!ше негативно па весь производственный процесс. Таким образом, тема диссертации, связанная с планированием производства железобетонных конструкций с учетом случайных помех, представляется важной и актуальной для производства в СРВ, т.к. пометает обеспечить высокий уровень деятельности предприятий за счет разумно организованных систем ^лакирования и управления адаптивно борющихся с возникающими в процессе работы помехами и сбоями.

Общей целью дисссртяининной работы является разработка математических моделей и методов адаптивного управления применительно к автоматизированным производственным системам производства железобетонных конструкций (ПЖК), которые являются практическим объектом исследования.

На защиту выносятся:

- концептуальная модель поэтапного формировали производственного решен!¡л;

- модели оптимальных и приближенных методов распределения сменного задания по подсистемам ПЖК, минлмтируюпцгс ненрошводительное время переналадок производственного оборудования;

- новые методы оценки эффективности производственной деятельности ПЖК;

- алгоритмы и программы эффективных процедур календарното планирования деятельности ПЖК, обеспечивающие формировать ггроизподетвапк>И программы, исходя ю текущего состояния и целей производства, а также с учетом случайных возмущений и сбоев.

Методы исследопаинй: выполненные теоретические исследовашч и практические расчеты базируюкя на использовании математической сташеп пси, исследовании операций, математическою программирования, оптимальною управления, принятия отнимали пах решений, а также современных методах программировали и компьютерного моделирования.

Общей методологической основой всех исследовании является системный подход.

Дчстопспногп. полученных теоретических и прикладных результатов подтверждается строгими математическими выводами при построешш и исследовании моделей и алгоритмов, результатами компьютерного модел;фова1тя и проведенными полуиатуршдми II натурными экспериментами, согласованностью полученных результатов с имеющимися в российской, вьетнамской н зарубежной литературе, дггегыми, полученными при внедреюш и практическом использовании результатов.

Научная новизна полученных результагоп заключаете я п следующем:

в разработке KoirucinyajiMicii модели штанного формирования протводствешюго решения при пропшодстпе железобегошn.ix конструкций:

в разработке эффективных ироце.тур календарного планировать, обеспечивающих формирование производстветюН проф.imмы, исходя из текущего состояния и целей производства, а также с учетом случайных иошушешш;

- в разработке оптимальных и приближенных мею.моп распределении сменного задали« по подсистемам Г1ЖК, минимизирующих неироизпошпелыюе время iicpeiiaтадок производстпетпюто оборудования;

- в разработке комплекса организационных мер повышения ф^тинп» ш тпсрактивных режимов функционирования ПЖК.

Пртстичрская ценность и реализация пезультатоп работы.

Тема диссертащш связана с планом научно-исследовательских работ i Iik i и i w.i иаиишовслсиия им. A.A. Благонравова РАН,. с планом совместных рзс'отг ио* ь Институтом машиноведения им. A.A. Ьлагенравола РАН н Технологически« утшвераттетом г. Хошимин на 1992- 1998 гг.

Результаты диссертационной работ получили свое воплощение' в виде практического внедрения иар!де предприятии и институтов. В частности математические модели и алгоритмы реализованы в виде пакета прикладных программ к использовались:

- в научно- исследовательских работах Института машиноведения ии. А А. Благоиравова РАН;

- в учебном процессе по курсу "Автоматизация производственною процесса из кафе;фах "Измерение и автоматическое управление" ХПИ (г..Ханой) и ГГУ (т.Хошнмнн);

- в научно- производственных разработках компании Concrete сотрзлу

ClIAU THOI 620

Общий -экономический эффект- 50 тысяч долларов США. •

Апробация работы:

Результата диссертационной работы докладывались и обсуж тались на семинаре в Инсттгтуте машиноведения им. A.A. Благоиравова РАИ, Ханойском полтггехшпеском инеттпуте, Технологическом университетом г. Хошимин.

Публикации:

По теме диссертации опубликованы две работы.

Структура диссертации.

Дисссргацпошш работа состоит in введешм, четырех глав, основных выводов, литературы и приложения.

Содержание работы.

Во ппеленин обосновывается актуальной ь irpoo 1емм. форму.nipyoTcj пели исследования, основные научные положения и рез>.и.ia;i.i j |.ч.".ке прлмичс.к'ая ценит it, и степень апробации работы.

Далее рассмотрены основные структурные п техиолопнсскне схемы (см. рис 1) ПЖК. Описаны основные тлеменгы технологическою оборудования, а также принципы и структурные схемы мншоуровлсвоЯ системы планирование и управления протпводствои «соло ихю ■ от 1м \ коне трукщ (II

В нервен гллпе рассмотрена тадлча предварительного планирования ПЖК. Прн достаточно общих допущениях (таких как отсутствие профилактического рсмотгга, во »»южное гь рассмотрения каждон парпш-онераинн как отдельной партии запуска н некоторых других) чадача формулируется в виде:

[ребустс« построить не ъадсрживаичнес расписание - (тг,1г), р = Ц...,Р, нишпипирующее функшищал качества /. тах(г^ />() и удовлетворяющее условию

'Здесь тг-номер модуля, на котором обрабатывается партия р I.....Р;

- начало обработки партии I'; !г - окончите обработки.

. Л - директивные сроки выпуска и поставки парши. Далее » раоогс криво,ипся ряд нрио.пгжениих алюртгтмов, разработанных в ПМЛН1 1'ЛН II ирнчванних реишь нооакленнчю лычу. В первую очередь это алтирнгни. потоляющпе оценить само с\ шествование допустимых расписаний.

Главы 3 II 1 работы повышены описанию и с ю.шки оценкн влишш слу'Ыишх воигушентш на рзстптса/тне и аапега сюхасшчесшх правил составления расписании.

Пршю.'ится обоснованна необходимости учета влияния случайных вошущештй (особенно на /|дшх предварительно! о нланнрования) на ход технологических процессов в ПЖК. Выделены основные классы случайных вотмушенни в основном жстюненкнальною вида.

На основе выделении\ стохастических моделей раидомтпрованпых календартлх приводятся злтортми опенки качества рандомизированных календарных планов. В практической плане по ошачзет вычисление необходшы\ допусков к программным (в с-тучае отсутствии еошуитенни) юреиетим окончания обработки партии тле лип в ПЖК.

В главе 4 нрнвод1Т1ся описание компьютерной реализации ра>работанпоП системы нллтшро&ашш (ГАК Нглдс.аны требования к функнлона.н.ныч характеристикам компьютерной СИС1СМЫ 1Ыанированпя ()инсана формальная пооаиовка га,хачи Ли компьютерной реал »мши. сплеча представления данных, а также непосредственно кошискс протраымных модулей расчет п (енернрокашы еыхо,осых данных.

В главе 5 подробно отбывается одтпI ш самых важных тлеиентов системы планирования Г1ЖК. имеющий, кеиш и самостоятельную ценность алгоритм еншшгикнн времени переналадок отдельной технолошческои лшшм в ПЖК

На линии необходимо гдл юлить \ работ (Ьфсдслски длректвные сроют

г.„шолнскня работ О,, 1=1.....N. Работы поступают на обслуживание в моменты времени

J , ¡1.....N. Врсла выполпештя нон работы на липши / , ¡-1.....М. Линия может быть

налажена ти одно ю к состояний. Према переналадки лтввш «п состояния I в состояние j определяется с поыоптыо натрнтда переналадок V - = 1.....к.

<>.. о.

СТРУКТУРА ФАБРИКИ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СВАЙ И ТРУБ

Склад хранения ! I | готовой продукции | |

I ' I

Участок изготовления трубчатых свай

I I:: гп ! I: ::

I I и ) < 1

¡пи

Участок изготовления стальной арматуры и оснастки

Офис администрации

Участок изготовления квадратных свай

Компьютерный центр управления производством

Участок смесителей

N

Скг щеб) фа(

Скг цеш

Участок изготовления Склад кран он и л

водяных труб

готовой продукции

Работа Р,3,~-,РЦ,, требующие обслулзгвания на машине, имеют даоГшую индексацию, I- порядковый помер работы, 9 1,...,к - требуемая переналадка машины для выполнения работ I

Необходимо построить расписание работы наняты, удовлетворяющее директивным срокам выполнения работ Д(/ -1,.и минимизирующее суммарное г.репа переналадок машины Т(Р).

Пусть дан граф О. Вершины 1рафа будем обоадачатт. порядковым номером, дугу графа, соединяющую вершину 1 с вериняюй- через у . Каждой дуге у сопоставляется

число г, - длина душ уц. В графе в выделено множество начальных (у*п конечных (/*,...,/') вершин. Необходимо построитI мшшмалыгый путь, соединяющий начальные вернпшы с конечными вершинами графа, лрнчем длина пути равна сумме длш всех входящих в него дуг.

/?,- длнна при <п начальных вершин в вершину ¡. Н,- номер вершины, т которой произведен переход в верппшу ¡.

Алгоритм расчета кратча/'циего пупс

1. Прнсвотт. начальна« значения величинам Л,, IV/. К, = 0, ec.ni / 6 {/,''.....

Н, = <», если / г {»,ь.....I*};

Л', = 0 для V/.

2. Последовательно просматривать все вершины 1 графа О, для которых /?,' <«. Для каждой вершины j вычислит. новое значение Я = Я, * г ,

Если Л, < К,, тогда присвоить Я, = ЛГ. = ».

3. Если выполнение п.2 прнводп в юменегаоо длины Л,, новтор1ггь п.2,-в противном случае - перейти к н.4.

4 Среди конечных вершин фафа найти верипогу с моошальной длиной Я,.

5. Из найденной в п.4 вернопты но метках! Ы, восстановить кратчайшей путь.

6 Сгруппируем работы, требующие одной наладки линии:

.....с

л'.л1.....рд.

.....р1.

Любой маршрут на графе О т начальных верипш в конечные, определяющий расписание обрабатывающей линии, имеет длину

Ь -- Т » Т" (Р), где Т-суммарное время выполнения всех работ; Т"(Р)- суммарное время переналадок линии, завнсицее от расписания Р.

Теорема: Пуиь дано допустимое расписание Р с суммарным временем переналадок Т" (Р).

Существует допустимое расписание Р , являющееся маршрутом на построенном |рафе О, с суммарным временем переналадок Гл (Р ) таким, что Тг (Р')-±ТГ{Р).

-О -

Описанный вцшс алюртм реалтован в пиле компьютерного n.iKcra щмпjvimv» SIIED, позволяющих осуществлипь иракшчесш is рг^чв.гд. Блск-схема ирмраммы Sí О i приводится ииже (рис. 2).

Блок - схема программы SHED

DIRS цет дир. сроков

Чтение файлов SHED.DAT.TP.DAT

UPOR упорядочивание данных

GRAPH построение дерева минимальных расстояний

TRAC расчет расписания

Печать результатов в файл PR. DAT

TG MG IND

IND IND

Ооич>»ыу ГК1Г.0.71-1,

В доссср1!ивк>ниоЙ работе на основ« систенапгииши и обобщения имеющихся георешческих н прикладных рсзулыатв решай актуальная тучная н прикладная идича тгтимкзлши систем управления производством телезобегонных конструкций Проведенные исследовяюи ноз&олякн сде.ить слсдупицие основные синода:

I. Спрямляй иерархи чеекм модель планирования ирензвидегв»

железобетонных конарукюЛ. ишшщи из подмоделей: - нридмршелыюю шинирования,

<5ч>ри1фо!шп« сыешкхуточных расписаний;

01!сра1иви»10 управлеюм 1ехнолошч«ск»ши моду/ими и транспортными системами

2 Разработки мпеилические модели влияния случайных возмущений на расписание, 1 гакже алгоритмы синтеза сгохас тчсских правил составления расписаний дли производства железобетонных конарунщй. Л I [»¡ед ин». ч| о предложенные стохастические красила составления расписаний позволяют существенно скомпенсировать тффект производственных потерь, оозникакниих и счс1 ирисом случайных сбоев и помех ■ ход: реальною цротводеггею«»» процесса.

4 Разработан атециа-тзироалиниП алгоритм оптимизации времени переналадок производственною процесса, реализованного на технологической лниин производила железобетонных конструкт ¿1 (на уровне расчета сиенно-сугочимч «,ТЫи!Й).

Приведен анализ -»ффеюигностн диотога алгоритма по сравнению с

нмеющнме».

5 Оиислна компьютерная реализация слстснм планкроватои железобетонных конструкции

Основные резулыам диссертации опубликованы в следующих работах:

1*>лн<ж>п1 I? Г... X В.Лзиг. Ошимизанш систем унравлегям производством

железобеюпных конструкций. М. ПМАШ РАН, 1978, 86с.

Поапд \'ап I лщ> ЧиИипв КЫ^а

СЫ) Лтц Со 1>!.1/Ь\

VII N ГчЧТК Со К1Н О Г\Т

ВО (ЛАТ 1991. 24 р

2

(рт

г.гге.ть ЛУГУ Ход: г г Их/ Лл:г