автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Оптимизация структурной компоновки системы переналаживаемых автоматических линий

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОЗДАНИЯ ПЕРЕНАЛАЖИВАЕМЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ

1.1. Структурные компоновки ПАЛ.

1.2. Исследование состояния вопроса разработки теории производительности автоматических линий с гибкой транспортной связью

1.3.Цель исследования и постановка решаемых задач

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ПАЛ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

2.1.Критерий и математическая модель оптимизации структурной компоновки системы ПАЛ

2.2. Разработка метода построения оптимальной структурной компоновки системы ПАЛ

2.3. Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПАЛ С ГИБКОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СВЯЗЬЮ И ПРОМЫШЛЕННЫМИ РОБОТАМИ

3.1. Эквивалентное преобразование обрабатывающих ячеек в один элемент

3.1.1. ПР обслуживает одну операцию (станок)

3.1.2. ПР обслуживает две одинаковые операции

3.1.3. ПР обслуживает три одинаковые операции

3.1.4. ПР обслуживает четыре одинаковые операции

3.1.5. ПР обслуживает две различные операции синхронного действия

3.2. Эквивалентное преобразование обрабатывающей ячейки асинхронного действия (с накопителем)

3.2.1. Преобразование обрабатывающей ячейки по первой циклограмме работы для случая г,° < г2°

3.2.2. Преобразование обрабатывающей ячейки по первой циклограмме работы для случая т° > г2°

3.2.3. Преобразование обрабатывающей ячейки по второй циклограмме работы

3.3. Преобразование двухучастковой линии с транзитным накопителем (~q~) в эквивалентный участок

З.ЗЛ.Двухучастковая AJ1 с параметрами а= 1, \ = Л, -X и = /лг = ц

3.3.2. Двухучастковая AJI с параметрами а= 1, Л, и

М = Мг

3.3.3. Двухучастковая AJI с параметрами а> 1, Л,,^ и цх,цг -произвольные

3.3.4. Двухучастковая AJI с параметрами а< 1, и -произвольные

3.4. Исследование производительности двухучастковых AJI с условием работы накопителя при отказе принимать, но не выдавать детали

3.5. Исследование производительности двухучастковых AJI с условием работы накопителя при отказе: не принимать, но выдавать детали

Одной из важнейших задач развития машиностроительного производства является создание высокоэффективных производственных систем, что требует комплексного подхода к автоматизации технологических процессов.

Техническое перевооружение и реконструкция машиностроительного производства рассматриваются как основные средства интенсификации производственных процессов, постановки на производство новых изделий, увеличения объемов выпуска продукции на тех же площадях и при той же или меньшей численности работающих.

Анализ тенденций применения переналаживаемых автоматических линий (ПАЛ) показывает, что, так как в рыночных условиях экономики с целью выживания, массовое производство часто преобразуется в крупносерийное, доля ПАЛ в машиностроении будет возрастать, так как для удовлетворения потребностей народного хозяйства и населения необходим выпуск модификаций тех иди иных типов изделий, причем выпуск каждой из модификаций должен, осуществляться в достаточно короткий промежуток времени. С точки зрения повышения производительности общественного труда при создании системы переналаживаемых станочных автоматических линий необходимо добиваться такого решения, чтобы для обеспечения программы выпуска всех обрабатываемых деталей минимизировать число технологического и вспомогательного оборудования с обеспечением заданной вероятности комплектности выпускаемых изделий.

Однако, высокая стоимость ПАЛ, а также потери производства из-за несвоевременной поставки продукции потребителю, требуют поиска оптимальных решений еще на стадии проектирования, тем более, что при создании ПАЛ отсутствует этап изготовления и испытания опытного образца.

В связи с этим, разработка метода оптимизации структурной компоновки ПАЛ, заключающегося в оценке влияния принятых проектных решений на производительность системы, актуальна, так как позволит осуществлять процесс проектирования АЛ с минимальными затратами средств и времени на поиск наилучших структурных компоновок для обеспечения заданных требований по производительности.

Целью работы является повышение качества конструкторских и технологических разработок и снижение трудоемкости проектирования ПАЛ за счет создания математического обеспечения процесса оптимизации структурной компоновки ПАЛ, позволяющего автоматизировать процесс принятия проектных решений. А также, разработка метода синтеза структуры системы ПАЛ для обработки заданного множества деталей крупносерийного и массового производства.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Разработка алгоритма синтеза структурных компоновок системы ПАЛ обеспечивающего решение оптимизационной задачи.

2. Исследование производительности двухучастковых ПАЛ с промышленным роботом.

3. Исследование производительности двухучастковых ПАЛ с различными условиями работы транзитного накопителя при отказе:

- принимать, но не выдавать детали;

- не принимать, но выдавать детали.

4. Проведение аналитического исследования математических моделей роботизированных ячеек, используемых в ПАЛ, разработка программного обеспечения.

Все разделы работы выполнены с единых методологических позиций. Для решения поставленных задач на основе системного подхода осуществлен анализ и синтез структурной компоновки ПАЛ на базе основных положений технологии машиностроения, теории автоматических линий, надежности и производительности.

Теоретические положения работы базируются на математическом аппарате теории вероятности, массового обслуживания и случайных процессов.

Численное исследование разработанных математических моделей выполнено с использованием возможностей ЭВМ.

Научная новизна представленной работы состоит в:

- разработке математических моделей обрабатывающих ячеек для выбора оптимального сочетания их надежностных параметров при синтезе структурной компоновки ПАЛ согласно принятого критерия оптимальности;

- получении аналитических решений для эквивалентного преобразования двухучастковых ПАЛ с промышленным роботом в обрабатывающие ячейки;

- получении аналитических решений для определения производительности двухучастковых ПАЛ с различными условиями работы накопителя при отказе.

Практическая ценность выполненной работы состоит в разработке аналитических решений для эквивалентного преобразования обрабатывающих ячеек, составляющих ПАЛ, а также двухучастковых ПАЛ с промышленным роботом и различными условиями работы накопителя при отказе. Наличие таких решений позволяет производить основные проектные расчеты и осуществить конструкторский выбор на основе разработанных математических моделей, реализованных на IBM PC в виде расчетных программ.

Метод синтеза структурной компоновки по критерию максимального использования проектной производительности для заданных технологических процессов дает возможность на стадии технического проекта выбирать оптимальную структуру, обеспечивающую проектную производительность ПАЛ при минимальном значении приведенных затрат, числа технологического оборудования и транспортных связей между ними, минуя этап изготовления и испытания опытного образца.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.Анализ литературных источников и проведенные исследования позволили установить, что проектная производительность ПАЛ для деталей типа тел вращения существенно зависит от следующих параметров: коэффициента готовности участков (условных элементов).вместимости накопителей, соотношения цикловых производительностей участков, способа приема и выдачи деталей при собственном отказе накопителя.

Установлено, что один и тот же уровень проектной производительности линии достигается несколькими вариантами варьирования значений перечисленных выше параметров, поэтому для каждого случая необходимо пользоваться экономическим критерием целесообразности выбранного решения.

2. На основании исследования функциональной зависимости экономического показателя, приведенные затраты, предложен критерий оптимальности ПАЛ, который позволяет организовать направленный перебор структурных компоновок, что резко сокращает время счета.

Установлено, что принятый критерий оптимальности своего минимума достигает в той же точке, что и минимум технологического оборудования для выполнения программы выпуска по всей номенклатуре изготавливаемых деталей в системе ПАЛ.

3. Исследования показали, что оптимизация структуры ПАЛ для обработки множества деталей с регулярным расписанием сводится к теоретико-множественному объединению структур ПАЛ для изготовления отдельных деталей, что является основой для разработки метода оптимизации структуры ПАЛ.

4. В результате анализа полученных решений для производительности многопоточных структур установлено, что увеличена проектной производительности одного из участков ПАЛ вызывает такой же эффект, как и накопитель в однопоточной структуре. Например, в двух поточной двухучастковой структуре увеличение проектной производительности первого участка на 15% вызывает прирост производительности системы на 5% при коэффициенте готовности всех элементов 0,75.

5. Экономическая эффективность предлагаемого метода оптимизации складывается из двух слагаемых: с одной стороны, оптимальность принимаемых взаимосвязанных решений на каждом этапе проектирования приводит к построению наиболее эффективной и достоверной в данных производственных условиях структурной компоновке; с другой стороны, автоматизация проектирования позволяет уменьшить трудоемкость и снизить затраты на разработку по сравнению с неавтоматизированным процессом.

6. Разработанные аналитические решения для эквивалентного преобразования обрабатывающих ячеек, составляющих ПАЛ, а также двухучастковых ПАЛ с промышленными роботами и различными условиями работы накопителя при отказе, являются составной пястью математического обеспечения при проектировании ПАЛ.

1. Азаров А.С. Автоматизация и технология машиностроения. М.-Л.: «Машиностроение», 1965, 113с.

2. Базовский Ф.И. Надежность. Теория и практика. М.: «Мир», 1966, 373с.

3. Базрам Р.В., Прупис Л.М. Проходные транспортеры-накопители. М.: "Станки и инструменты", 1974, N10, с.9-14.

4. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. М.: «Советское радио». 1969,488с.

5. Барзилович Е.Б., Каштанов В.А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. М.: «Советское радио», 1971, 271с.

6. Белоусов А.П., Дащенко А.И. и др. Автоматизация процессов в машиностроении. М.: «Высшая школа», 1973, 456с.

7. Бобров В.П. Проектирование загрузочно-транспортных устройств к станкам и автоматическим линиям. М.: «Машиностроение», 1964, 291с.

8. Башарин Г.П., Наумов В.А., Черпаков Б.И. Оценка производительности и ритмичности автоматических линий с гибкой связью. М.: «Станки и инструменты», 1978, N11, с.3-5.

9. Брон Л.С.,Черпаков Б.И. Зарубежные автоматические линии для механической обработки. М.: «НИИмаш», 1974, 87с.

10. Ю.Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. 13-е изд., испр. -М.: «Наука», Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986, 544с.

11. П.Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: «Советское радио», 1972, 551с.

12. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: «Госиздательство физико-математической литературы», 1962, 564с.

13. И.Владзиевский А.П. Теория внутренних запасов и влияние их на производительность автоматических станочных линий. М.: «Станки и инструмент», 1950, N12 и 1951. N1 с.4-7 и с.16-17.

14. И.Владзиевский А.П. Вероятностный закон работы и внутренние запасы автоматических линий. М.: «Автоматика и телемеханика», 1952, N3, с.227-281.

15. Владзиевский А.П. Автоматические линии в машиностроении. Кн.1. М.: «Машгиз», 1958, 430с.

16. Владзиевский А.П., .Белоусов А.П. Основы автоматизации производства в машиностроении. М.: «Высшая школа», 1974, 352с.

17. Вдадзиевский А П., Белоусов А.П. Основы автоматизации и механизации технологических процессов в машиностроении. М.: «Высшая школа», 1966, 382с.

18. Волчкевич Л.И. Надежность автоматических линий. М.: «Машиностроение», 1969, 308с.

19. Волчкевич Л.И., Кузнецов М.М., Усов Б.А. Автоматы и автоматические линии. М.: «Высшая школа», 1976, 229с.

20. Волчкевич Л.И. О применении вероятностных методов в теории автоматических линий. Сб.: «Межвузовская научная конференция по автоматизации в машиностроении».

21. Волчкевич Л.И. Выбор экономически оптимальной структуры автоматических линий. М.: «Механизация и автоматизация производства», 1965, N 11, с. 17-21.

22. Волчкевич Л.И. Требование к надежности автоматических линий. Сб: «Автоматизация и механизация производственных процессов в машиностроении». М.: «Машиностроение», 1967, с.37-41.

23. Волчкевич Л.И., Тусупбеков М.Р. К проблеме выбора оптимального варианта автоматической линии. М.: «Механизация и автоматизация производства», 1975, N5, с.21-24.

24. Волчкевич Л.И., Тусупбеков М.Р. Выбор оптимального варианта автоматической линии для обработки ступенчатых валов. М.: «Станки и инструмент», 1976, N12, с.4-6.

25. Вагнер Г. Основы исследования операций, т.З, М.: «Мир», 1973, 501с.

26. ГерцбахИ.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. М.: «Советское радио», 1966, 166с.

27. Гнеденко Б.В., Беляев К.К., Соловьев А.Д. Математические методы теории надежности. М.: «Наука», 1965, 524с.

28. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Применение теории массового обслуживания к задачам больших систем. В кн. «Научные и практические проблемы больших систем. Большие системы. Теория, методология, моделирование». М.: «Наука», 1971, с. 105-122.

29. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. М.: «Наука», 1966, 431с.

30. Горбатов В.А., Демьянов В.Ф., Кулиев Г.Б. и др. Автоматизация проектирования сложных логических структур. М.: «Энергия», 1978, 352с.

31. Горчев B.C. Определение законов работы бункерных устройств в автоматических линиях. труды ВЗМИ, т. 12, «Управление станками и автоматическими линиями», М.: 1978, с. 54-60.

32. Гудман С., Хидетниеми С. Введение в разработку и анализ алгоритмов. М.: «Мир», 1981, 368с.

33. Дащенко А.И. Автоматизация процессов в машиностроении. М.: «Высшая школа», 1973, 456с.

34. Дащенко А.И., Белоусов А.И. Проектирование автоматических линий. М.: «Высшая школа», 1983, 328с.

35. Дымшиц Е.С. Разработка методов расчета надежности автоматических линий по заданным значениям надежности их элементов. М.: «ЭНИМС», отчет по теме, этап 3, 1964, 1952с.

36. Епифанов А.Д. Надежность автоматических систем. М.: «Машиностроение», 1964, 336с.

37. Калинин В.И. Лисица Б.Б. Транспортные системы типовых автоматических линий для подшипниковой промышленности. Д975. N4, с.15-19.

38. Кузнецов М.М., Волчкевич А.И., Замчалов К.З. Автоматизация производственных процессов. М.: «Высшая школа», 1978, 431с.

39. Кокс Д., Смит В. Теория восстановления, М.: «Советское радио». 1967, 299с.

40. Козлов Б.А. Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности. М.: «Советское радио», 1966, 432с.

41. Основы теории случайных процессов. М.: «Мир»,1971, 536с.

42. Кофман А. Введение в прикладную комбинаторику. М.: «Наука», 1975. 479с.

43. Кофман А., Анри-Лабордер А. Методы и модели исследования операций. М.: «Мир», 1977, 432с.

44. Конюх А.И. и др. Расчет надежности и производительности однопоточных автоматических линий с накопителями заделов. «Вестник машиностроения», 1975, N 9, с.56-60.

45. Картавов С. А. Давыгора В.Н., Черпаков Б.И. Повышение эффективности использования переналаживаемых автоматических линий. М.: «Механизация и автоматизация производства», 1974, N 4. с.41-43.

46. Организация и планирование производства на машиностроительном предприятии. Под ред. В.А.Летенко. М.: «Высшая школа», 1972, 608с.

47. Левин А.А. Некоторые вопросы анализа структурных схем автоматических поточных линий. М.: «Станки и инструмент», 1958, N 3, с.17-19.

48. Моисеев А.А. Оценка коэффициента готовности однопоточных автоматических линий методом приближений. В сб.: «Некоторые вопросы автоматизации технологических процессов в машиностроении». М: «ВЗМИ», 1977, с. 28-32.

49. Маламед Г.И. Производительность и эффективность автоматических линий. Минск. «Беларусь», 1972. 192с.

50. Немировский П.Э., Бромберг М.А. Испытания автоматических линий по показателям надежности и производительности. М.: «Станки и инструмент». 1978, N 12, с.3-6.

51. Новиков О.А. Петухов С.И. Прикладные вопросы теории массового обслуживания. М.: «Советское радио», 1969, 399с.

52. Основы автоматизации производства: Учебник для вузов по специальности «Технология машиностроения». Под общей ред. Соломенцева Ю.М. М.: «Машиностроение», 1995, 312с.

53. Пронников А.С. Основы надежности и долговечности машин. . М.: Изд-во стандартов, 1969. 159с.

54. Пронников А.С. Надежность машин. М.: «Машиностроение», 1978. 592с.

55. Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. М.: «Машиностроение», 1977, 392с.

56. Пуш В.Э., Пирерт Р., Сосонкин B.JI. Автоматические станочные системы. М.: «Машиностроение», 1982, 319с.

57. Раскин Л.Г. Анализ сложных систем и элементы теории оптимального управления. М.: «Советское радио», 1976, 344с.

58. Баруча-Рид А.Т. Элементы теории марковских процессов и их приложение. М.: «Наука», 1969, 511с.

59. Пасько Н.И. Надежность станков и автоматических линий. Тула. Тульский политехнический институт, 1979, 105с.

60. Первозванский А.А. Математические модели в управлении производством. М.: «Наука», 1975, 615с.

61. Сборник задач по теории надежности. М.: «Советское радио», 1972, 407с.

62. Саксин A.M., Зльянов В.Д. и др. Пути повышения эффективности автоматических линий для обработки деталей типа тел вращения. М.: «Станки и инструмент», 1975, N 4, с. 9-11.

63. Севастьянов Б.А. Задача о влиянии емкости бункеров на среднее время простоя автоматической линии станков. "Теория вероятностей и ее применение". ,1962, т.VII, вып. 4,с. 41-48.

64. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский Н.В. Курс теории вероятности и математической статистики. М.: «Наука», 1965, Pile.

65. Султан-заде Н.М. Надежность и производительность автоматических станочных систем. Учебное пособие. М.: «ВЗМИ», 1982,80с.

66. Султан-заде Н.М. Метод оптимизации структурной компоновки автоматических линий. Сб.: «Системы управления станками и автоматическими линиями», М.: «ВЗМИ», 1982, с.9-13.

67. Султан-заде Н.М., Тимковский В.Г. Метод оптимизации структуры однопоточных автоматических линий. Сб.: «Системы управления станками и автоматическими линиями», М.: «ВЗМИ», 1983, с.93-96.

68. Султан-заде В.Н. Общие положения создания переналаживаемых автоматических линий. «Информационные технологии в промышленности», труды МГТУ «СТАНКИН», выпуск 1, М. , «ЯНУС-К», 2002г., с. 224.68.

69. Султан-заде В.Н. Разработка метода проектирования ПАЛ для деталей типа тел вращения. «Информационные технологии впромышленности», труды МГТУ «СТАНКИН», выпуск 1, М. , «ЯНУС-К», 2002г., с. 232.

70. Султан-заде В.Н. Разработка метода построения оптимальной структурной компоновки системы ПАЛ. «Информационные технологии в промышленности», труды МГТУ «СТАНКИН», выпуск 1, М. , «ЯНУС-К», 2002г., с. 236.

71. Тусупбеков М.Р. Некоторые вопросы производительности и агрегатирования рабочих машин. Сб.: «Технология машиностроения и автоматизация». Алма-Ата, АНКазССР, 1978, с. 146-157.

72. Туллер А.Г. Исследование надежности и производительности автоматических линий с помощью ЭВМ. «Механизация и автоматизация производства», 1974, N 1, с.38-43.

73. Хипчин А.Я. Работы по математической теории массового обслуживания. М.: «Наука», 1963, 235с.

74. Цветков В. Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов. М.: «Машиностроение». 1972, 240с.

75. Черпаков Б.И. Эксплуатация автоматических линий. М.: «Машиностроение», 1978, 248с.

76. Чарнко Д.В. Основы выбора технологического процесса механической обработки. М., «Машгиз», 1963, 320с.

77. Шаумян Г. А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М.: «Машиностроение», 1973, 640с.

78. Шаумян Г.А., Кузнецов М.М., Волчкевнч Л.И. Автоматизация производственных процессов. М.: «Высшая школа», 1967, 471с.

79. Шаумян Г.А. Автоматы и автоматические линии. М.: «Машгиз», 1961,552с.

80. Шевяков Н.Н., Горчев B.C. Аналитический метод определения количества состояний однопоточных автоматических линий. Сб.: «Некоторые вопросы автоматизации технологических процессов в машиностроении». М.: «ВЗМИ», 1969, вып. 1, с.29-33.

81. Эршпер Ю.Б. Надежность и структура автоматических станочных линий. М.: «Машиностроение», 1962, 179с.

82. РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА