автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Построение реконфигурируемых автоматизированных машиностроительных систем на этапе технической подготовки производства

На правах рукописи

Капитанов Алексей Вячеславович

ПОСТРОЕНИЕ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ЭТАПЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА

05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)»

22

2014

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2014 г.

005548473

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН».

Научный консультант: Митрофанов Владимир Георгиевич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Воронцов Андрей Львович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана, профессор кафедры МТ-13 (г. Москва)

Драчев Олег Иванович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Тольяттинский государственный университет, профессор кафедры «Оборудование и технологии машиностроительного производства» (г. Тольятти)

Мартынов Олег Юрьевич

доктор технических наук,

ОАО Концерн ПВО "Алмаз-Антей" (г. Москва), помощник заместителя генерального директора

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный

университет» (г. Ульяновск)

Защита состоится 30 июня 2014 г. в 12:00 на заседании диссертационного совета Д 212.142.03 при ФГБОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН» по адресу: 127055, Москва, Вадковский переулок, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО Московского государственного технологического университета «СТАНКИН», www.stankin.ru

Автореферат разослан » 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, Семячкова Елена Геннадьевна

к.т.н., доц.

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Одна из важнейших задач машиностроения - автоматизация мелкосерийного и серийного производства, объем продукции, которого достигает 70 - 75% от всего объема продукции машиностроения. Традиционное производство мало подходит для решения этой задачи. Необходимыми оказались качественно новые технические решения. Толчком для таких решений стало бурное развитие микропроцессорной техники, обусловливающее возможность применения гибкой технологии изготовления, реализуемой в гибких системах.

По мнению многих специалистов, применение автоматизированного производства (АП) является обязательным условием выживания машиностроительных компаний в суровой конкурентной борьбе на мировом рынке: конкуренция с дешевой рабочей силой развивающихся стран; более низкая себестоимость продукции, достигаемая японскими конкурирующими компаниями; более сложная с каждым годом подготовка квалифицированных кадров; быстроменяющиеся требования мирового рынка машиностроительной продукции; широкие возможности, связанные с дальнейшим развитием ЭВМ, микропроцессорной техники и их использованием в производстве.

Вместе с тем затраты на создание АП велики. Поэтому очень важной задачей является их оптимизация на всех этапах, а именно: проектирования, изготовления и эксплуатации автоматизированного производства. Только такой комплексный подход к определению технологии подбора и изготовления деталей, состава и структуры системы, а также управлению ходом технологического процесса их изготовления - это единственный путь оптимизации затрат на создание и эксплуатацию автоматизированного производства.

Большинство АП предназначено для обработки корпусных деталей -управление ими более сложно, т. к. диапазон длительности технологических операций для них лежит в более широких пределах, нежели для деталей типа тел вращения.

Исходя из вышеизложенного, в качестве объекта исследования выбраны реконфигурируемые автоматизированные машиностроительные системы.

Предметом исследования является техническая подготовка реконфигурируемые автоматизированных машиностроительных систем.

Отсюда целью настоящего исследования является обеспечение пропускной способности (производительности) реконфигурируемых производственных систем путем управления подбором основных элементов системы (с учётом их надёжности) на основе статистических свойств потока партий деталей, поступающих на обработку, технологии их изготовления и оборудования производственной системы.

Научная новизна.

1. Установлены связи между номенклатурой обрабатываемых деталей и конфигурацией автоматизированных машиностроительных систем, отражающие процесс технической подготовки и образующие организационную структуру системы.

2. Разработана общая модель и алгоритм управления процессом реконфигурации автоматизированных машиностроительных систем, заключающаяся в синтезе их структур, а также средств их технологического и инструментального обеспечения.

3. Предложена модель реконфигурируемой автоматизированной машиностроительной системы как канала связи, позволяющая применить теоретико-информационный подход для определения её показателей.

4. При планировании работ, выполняемых в реконфигурируемых автоматизированных машиностроительных системах, поставлена и решена задача оптимизации надежности.

5. Решена задача оптимального функционирования подсистемы инструментообеспечения реконфигурируемой автоматизированной машиностроительной системы.

Основные результаты исследования, выносимые на защиту: 1. Модель управления процессом реконфигурации автоматизированных машиностроительных систем, заключающаяся в синтезе их структур, а также средств их технологического и инструментального обеспечения.

2. Теоретико-информационное представление реконфигурируемых производственных систем.

3. Постановка и решение задачи оптимизации надежности в реконфигурируемых производственных системах.

Практическая значимость работы. Разработанные теоретические положения формализованной методологии автоматизации проектирования системы технической подготовки отличаются универсальностью, инвариантны к классу обрабатываемых деталей и применяемому технологическому оборудованию. Предложенные алгоритмы проектирования реализованы инструментальными средствами современных ПК, стандартом ИСО 15288, РОМ и РЬМ системами, что позволяет в несколько раз повысить эффективность проектно-конструкторских работ и технологической подготовки многономенклатурного производства в машиностроении и приборостроении.

Предложенное представление автоматизированного производства каналом связи позволило определять требуемую гибкость производственной системы на основе теоретико-информационного подхода.

Разработанная методика построения функции надежности материального потока обеспечивает возможность оценки выполнения производственной программы в установленные сроки в процессе эксплуатации системы. Предлагаемый переход от показателей надежности оборудования к надежности материальных потоков позволяет применять различные модели оптимизации дополнительных ресурсов, необходимых для достижения заданного уровня вероятности выполнения производственной программы.

Проведенные исследования легли в основу: методик, рекомендаций и структуры формирования и использования инструментальных комплектов в подсистеме инструментообеспечения (ИО) производственной системы; формализованных методик оперативного контроля и коррекции управления использованием инструментальных комплектов; рациональных вариантов инструментообеспечения различных уровней автоматизации.

Методы исследований. Системный анализ, математическое моделирование, математическая статистика, теория информации.

Достоверность научных результатов и выводов подтверждается корректным использованием научных методов исследования, современного математического аппарата, практической проверкой и верификацией результатов моделирования, а также практикой применения разработанных методов, моделей и алгоритмов при организации и управлении подготовкой производства изделий машиностроения.

Соответствие диссертации паспорту специальности: Диссертационная работа соответствует формуле научной специальности 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические науки) в областях:

методология, научные основы и формализованные методы построения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и производствами (АСУП), а также технической подготовкой производства (АСТПП) и т. д.;

теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация;

теоретические основы, средства и методы промышленной технологии создания АСУТП, АСУП, АСТППи др.;

формализованные методы анализа, синтеза, исследования и оптимизация модульных структур систем сбора и обработки данных в АСУТП, АСУП, АСТПП и др.;

методы планирования и оптимизации отладки, сопровождения, модификации и эксплуатации задач функциональных и обеспечивающих подсистем АСУТП, АСУП, АСТПП и др., включающие задачи управления качеством, финансами и персоналом;

теоретические основы и прикладные методы анализа и повышения эффективности, надежности и живучести АСУ на этапах их разработки, внедрения и эксплуатации.

Апробация работы. Основные результаты и выводы диссертационных исследований докладывались и обсуждались на VI Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов с международным участием "Будущее машиностроения России" (г. Москва, 2013 г.), IX Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (г. Пенза, 2013 г.), XIII Международной научно-практической конференции «Перспективы развития информационных технологий» (г. Новосибирск), III научно-образовательной конференции «Машиностроение -традиции и инновации» (г. Москва, 2010 г.), Научно-практической конференции «Автоматизация и информационные технологии (г. Москва, 2012 г.) на заседаниях кафедры «Автоматизированные системы обработки информации и управления» МГТУ «Станкин».

Реализация работы. Основные результаты использованы при проведении научно-исследовательских работ по федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», а также в рамках государственной поддержки молодых российских ученых и ведущих научных школ Российской Федерации.

Имеются подтверждающие документы об использовании результатов работы на предприятиях ООО «Инженерно-технологический центр Технополис», ОАО НИИВЦ «Контакт» и ОАО МТЗ «Трансмаш».

По материалам диссертации опубликовано 33 работы: 21 статья в журналах и сборниках, в том числе 18 статей в журналах из перечня ВАК, 10 докладов на научных конференциях, 2 монографии.

В совместных печатных работах с соавторами диссертанту принадлежит постановка задачи, разработка математических моделей, способов, методов и алгоритмов решения задач.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и результатов, списка литературы из 65 наименований. Работа содержит 255 машинописных страниц основного текста, 45 рисунков, 20 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Научные основы комплексной автоматизации машиностроительного производства связаны с развитием теории управляемых технологических процессов, теории функционального и структурного анализа технологических операций и автоматизированного оборудования, теории проектирования систем автоматического управления и регулирования, теории оптимального проектирования машин-автоматов и станочных систем, научных основ высокоэффективной эксплуатации автоматизированного оборудования. Начало в решении задач моделирования структуры технологии было положено учеными А.П. Соколовским, Б.С. Балакшиным, В.М. Кованом, A.A. Маталиным, В.П. Фираго, Ю.М. Соломенцевым, Д.В. Чарнко, B.C. Корсаковым, Koren У., Ulsoy

A.G., Mehrabi M.G., А.Б. Яхиным (научные основы теории технологического проектирования), С.П. Митрофановым (проектирование групповых технологических процессов), Г.К. Горанским, Н.М. Капустиным, В.Д. Цветковым,

B.В. Павловым, А.Н. Гавриловым, В.Г. Митрофановым (автоматизированное проектирование технологических процессов) и другими.

Исследованию функциональных закономерностей технологии посвящены труды ученых А.Д. Макарова, С.С. Силина, Е.Ф. Безъязычного (оптимизация лезвийной обработки металлов), A.M. Сулимы, А.Г. Суслова, A.B. Подзея, Э.В. Рыжова, B.C. Мухина (моделирование состояния поверхностного слоя), A.M. Дальского, A.A. Маталина (моделирование технологической точности и наследственности), а также работы других ученых, посвященные специальным методам технологической обработки.

Основа объединения указанных направлений на базе многоуровневого системного автоматизированного технологического проектирования заложена в трудах ученых В.Д. Цветкова, В.Г. Митрофанова, В.В. Павлова, Н.М. Капустина, В.И. Аверченкова, И.А. Иващенко, Б.И. Черпакова, А.Н. Феофанова, Б.М. Базрова (теория модульной технологии), Koren У., Царёв A.M., Дащенко А.И. (реконфигурируемые производственные системы) и других.

При комплексной автоматизации машиностроения одним из самых важных объектов автоматизации является процесс проектирования, основу содержания которого составляет переработка информации с целью принятия решений, описывающих объект проектирования. Многогранность и массовость задач проектирования, взаимосвязанность и разнообразие исходных данных и факторов, определяющих решение приводят к тому, что проблемы автоматизации проектирования связываются с созданием соответствующей формализованной теории. Опыт работ в этом направлении показывает, что в последний период проявляется общая тенденция развития области науки, разрабатывающей методологию творческой инженерно-технической деятельности и создания на этой базе искусственного интеллекта в определенной предметной области.

Таким образом, проведенный анализ работ, прямо или косвенно связанных с вопросом управления процессом технической подготовки машиностроительных производственных систем, позволил сделать следующие выводы.

В настоящее время создан большой задел в решении проблемы комплексной автоматизации производства. Так ГПС повышает производительность на 25-60%, модульная технология дает прирост производительности еще на 25-30%

Блочно-модульная/матричная структура реконфигурируемой

производственной системы дает возможность компоновать многомерные виртуальные технологические цепочки с различной пространственно-временной конфигурацией. Это позволяет попеременно включать технологические ячейки в работу при последовательном чередовании сходных технологических процессов/партий предметов труда на многопредметных групповых/переменно-поточных линиях со сплошным запуском. Организация производства на основе

подобного рода функционально избыточных модулей в виде распределенной производственно-технологической среды позволяет одновременно (параллельно) выполнять большую часть технологических операций по обработке предметов труда, что является наиболее эффективным в отношении производительности, так как позволяет значительно (на 2/3) сократить время их пребывания в производственном процессе (повысить производительность), обеспечивая минимизацию затрат и увеличение оборачиваемости ресурсов.

На большинстве отечественных предприятий машиностроения, независимо от используемых ими моделей организации производства (традиционной или гибкой), этапы производственного процесса чаще всего выполняется последовательно. Это приводит к тому, что время прохождения изделия через технологический процесс включает продолжительность всех последовательно осуществляемых этапов производства, а также непроизводительные потери времени на транспортировку деталей и ожидание между операциями по их обработке.

Проведение дальнейших исследовательских работ в этом направлении предполагает преимущественное использование машин и оборудования автоматического действия, и связаны с развитием новой концепции мехатронных обрабатывающих центров/модулей, обладающих возможностью автоматического изменения их инструментальной компоновки и пространственной конфигурации в реальном режиме работы прерывно-поточного производства.

Однако в перечисленных методах автоматизации производственных систем не учитываются статистические свойства, поступающих в производство потоков партий деталей, а также методы построения информационных моделей объектов проектирования и управления не имеют достаточных возможностей для процессов управления конфигурацией производственной системы.

Анализ литературных источников позволяет сказать, что полное решение проблемы проектирования технической подготовки производственной системы (ПС), как основной подсистемы АП существующими методами не представляется возможным. Необходимо изыскивать новые подходы к решению этой задачи.

Отсюда целью настоящего исследования является обеспечение пропускной способности (производительности) реконфигурируемых производственных систем путем управления подбором основных элементов системы (с учётом их надёжности): на основе статистических свойств потока партий деталей, поступающих на обработку, технологии их изготовления и оборудования производственной системы.

Анализ исследований по проблеме диссертации позволил сформулировать основные задачи, которые отражают этапность достижения поставленной цели.

1. Разработать методические основы выбора оптимальной конфигурации производственной системы.

2. Сформировать общий алгоритм выбора оптимальной конфигурации производственной системы.

3. Разработать математическую модель оптимизации параметров производственной системы по пропускной способности (производительности).

4. Решить задачу оптимизации надежности при планировании работ производственной системы.

5. Поставить и решить задачу оптимизации системы инструментообеспечения как подсистемы технической подготовки производственной системы.

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИКО-ИНФОРМАЦИОННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ

Выбор типа модели производственной системы. Широкое использование моделей систем является принципиальной особенностью системного анализа. Это связано со следующими обстоятельствами. По общепринятой классификации все проблемы подразделяются на три класса:

- хорошо структурированные или количественно сформулированные проблемы;

- неструктурированные или качественно выраженные проблемы;

- слабоструктурированные или смешанные проблемы, которые содержат как качественные, так и количественные элементы.

Системный анализ появился как средство решения слабоструктурированных проблем, как методология обоснования решения в условиях существенной неопределенности, объединяющая общую схему системного подхода с аналитическим процессом принятия решений.

С точки зрения системологии все осуществимые модели делятся на имитационные и оптимизационные. Первый подход состоит в приближении модели к системе за счет приближения числа координат модели к числу «фазовых» координат системы. Целесообразность применения имитационных моделей «прямо пропорциональна» степени структурированности проблемы.

Так как, с одной стороны, задача проектирования ПС относится (вследствие существенного уровня неопределенности условий) к классу слабоструктурированных проблем и, с другой стороны, наименьшая структурированность свойственна первому этапу создания ПС макропроектированию, то именно на этом этапе целесообразно использование не имитационных, а оптимизационных моделей.

Заказом, поступающим в производство, является нематериальная модель (на различных уровнях ее описания) изделия, т.е. информация, содержащая семантический, количественный и временной аспекты. Таким образом, главная функция производства - преобразование информации об изделии в натуральное изделие. Соответственно, "преобразователем" информации об изделии из образного вида в натуральный является производственная система.

В общем случае производственная система расчленяется на три подсистемы: Конструктор, Технолог, Изготовитель, рисунок 1.

Конструктор создаёт электронную модель изделия (детали) по ГОСТ 2.0522006, используя AutoCAD LT (оптимальное блочное кодирование). Технолог создаёт технологическую модель (модель ПС) по ГОСТ 3.1201, используя САПР ТП Вертикаль (оптимальное блочное кодирование). Изготовитель получает набор технологических систем (оптимальную конфигурацию ПС) и набор программ ЧПУ.

л

| Материалы ^

Рис. 1. Функциональная модель ПС

Таким образом, исходя из служебного назначения ПС, можно определить ПС как совокупность основных, обеспечивающих и вспомогательных средств и связей между ними, осуществляющих преобразование (изменяющейся) информации о виде и тираже заказов в готовые изделия (рисунок 2). Представление ПС каналом связи. Так как основным служебным назначением ПС является преобразование информации, то, очевидно, в качестве аналога решения задачи создания оптимальных ПС деталей машин может быть использована техника связи с соответствующей теоретической базой. Известно, что центральным понятием техники связи является понятие канала связи. Согласно этому, генерируемые источником сообщения поступают на устройства, называемое кодером. Основной функцией кодера является перевод сообщений с языка источника на язык, "понятный" каналу (чаще всего на уровне физической природы сигнала). Обратную функцию осуществляет находящийся перед приемником декодер.

Вообще под каналом связи понимается всякое устройство, предназначенное для передачи информации. Таким образом, по своему служебному назначению ПС являются каналом связи. Причем количество операций "кодирование-декодирование" в ПС зависит от конкретной технологии и границ конкретной ПС.

Рис. 2. Схема преобразования информации в ПС

Фактически технология является способом перевода информации о заказе с языка Заказчика на язык Изготовителя.

Применительно к каналу "Технолог-Изготовитель" каждый конкретный технологический метод выражается собственным набором символов и блоков для кодирования сообщений заданного типа и объема и передачи их заготовкам (декодирование) с определенной скоростью. С указанной точки зрения технологический метод как процесс передачи информации об изделии на заготовке включает три стадии: передачу информации формообразующему модулю (ФОМ) (кодирование); передачу информации заготовкам путем воздействия формообразующего элемента (ФОЭ) (декодирование); фиксацию информации.

Разработка технологических процессов базируется на идентификации элементов (характеристик) деталей имеющимся в обрабатывающей системе набором технологических методов (кодовых символов и их комбинаций). В свою очередь, процесс идентификации заключается в членении объекта на элементы (множества и подмножества) и сравнении (постановке в соответствие) последних с элементами, хранящимися в памяти идентифицирующего устройства (в частности, инженера-технолога) с последующим синтезом из этих элементов единого объекта-изделия.

Поскольку такая категория, как "элемент", охватывает весьма широкий круг понятий, одна и та же деталь может быть воспроизведена ("передана" по каналу будущей ПС) большим числом различных технологических методов (кодов). Причем каждый код обладает различной качественной направленностью, универсальностью, длительностью, избыточностью.

Общая структура автоматизированной производственной системы состоит из выхода готовой продукции; входа заготовок (полуфабрикатов); блока обеспечения формообразующего модуля инструментом, блока питания заготовками, транспортных, инструментальных и информационных потоков, а также потоков заготовок и готовых деталей.

Таким образом, с технической точки зрения основным функциональным элементом в ПС является формообразующий модуль (ФОМ), а в нем - комплекс реализации движения формообразования и комплексы формирования поверхности. Система любого типа может быть построена путем выбора определенных ФОМ, установления определенного вида связей между ними и другими элементами системы (управляющими и стыкующе-транспортными модулями, накопителями и т.д.).

ГЛАВА 3 МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ КОНФИГУРАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ

Общие принципы и стратегия проектирования оптимальных ПС. В общем случае процесс проектирования ПС заключается в поиске оптимального технологического кода из "алфавита" существующих технологических методов. Таким образом, задача проектирования оптимальных ПС сводится к задаче оптимального кодирования характеристик качества спектра изделий - т.е. к поиску "золотой середины" между универсальными кодами и кодированием блоками, обеспечивающими требуемую скорость переработки информации. При этом кодирование каждого сообщения (изделия) целиком одним символом обеспечивает наибольшую скорость выполнения заказа, сводя к минимуму гибкость ПС. Разбиение каждого сообщения на микроэлементы, являющиеся "атомами", из которых могут быть созданы все изделия спектра, обеспечивает максимальную гибкость ПС при минимальной скорости передачи сообщений.

Фактически выбор ПС начинается на стадии конструирования изделий, так как чем меньше различных символов использует конструктор, тем больше эти символы будут соответствовать известным технологическим символам и чем больше будет удельный вес символов, которые могут быть объединены в блоки при кодировании объекта технологом, тем меньше будет необходимое число символов технологического кода и, следовательно, потребное время их передачи.

Именно поэтому первым из важнейших принципов выбора оптимальных ПС является максимальная унификация изделий.

Из теории и практики создания техники связи известно, что оптимальным является код, длительность передачи кодовых символов которого обратно пропорциональна вероятности их использования при передаче сообщений. Очевидно, что данное положение справедливо не только по отношению к затратам времени, но и к затратам других ресурсов (материальных, энергетических, трудовых).

Поэтому вторым важнейшим принципом создания оптимальных ПС является приведение вероятности (частоты) использования символов технологического кода в соответствие вероятности (частоте) появления элементов характеристик качества продукции, определяемой статистическими расчетами, т.е. установление соответствия между требуемой и фактической гибкостью ПС.

И, наконец, третьим принципом создания оптимальных ПС является оптимальное распределение информации, содержащейся в потоке заказов, между уровнями иерархии и отдельными элементами производственной системы.

В общем виде алгоритм выбора оптимальной конфигурации производственной системы (на уровне принципиальной схемы) представлен на рисунке 3.

Методика выбора рациональных типов структур производственных систем. Исходя из результатов анализа существующих методов проектирования ПС и основных положений теоретико-информационного подхода к проектированию ПС, разработка методики выбора рациональных типов структур ПС сводится к решению 4-х задач:

- выявление структурных признаков потока заказов, обуславливающих оптимальную технологическую среду (доминирующих структурных признаков);

- создание банка типовых структур производственных систем, соответствующих современному уровню и прогнозируемым тенденциям развития технологических систем;

- определение границ раздела между типовыми структурами в пространстве координат, отражающих доминирующие структурные признаки потока заказов

Рис. 3. Общий алгоритм выбора оптимальной конфигурации ПС (начало)

Рис. 3. Общий алгоритм выбора оптимальной конфигурации ПС

(продолжение)

(на основе построения эквипотенциальных кривых или поверхностей);

- разработка методов расчета метрик (показателей, критериев), отражающих доминирующие структурные признаки потока заказов.

Процесс выбора рационального типа ПС подразделяется на два этапа:

- выбор технологической структуры ПС, определяемый видом потока заказов;

- определение оптимальной степени автоматизации ПС.

Ранее отмечалось, что в общем случае задача выбора оптимальной конфигурации ПС может быть сведена к задаче оптимального кодирования сообщений, основой которого является обеспечение взаимосоответствия параметров источника сообщений и канала связи. В этом смысле параметры /0 и определяют наименьшую достижимую скорость преобразования информации об изделиях.

Фактически плановый уровень разнообразия (гибкости) (/„) задает (предопределяет) оптимальный уровень специализации ПС, т.е. удельного количества информации об изделиях, которая может быть передана не единичными отсчетами, а целыми блоками. Из условия минимизации избыточности ПС (Д/->0, А!1с —> 0) оптимальной структурой ПС внутри установленного типа будет структура, позволяющая использовать все резервы специализации производства.

Математическая модель оптимизации параметров ПС (по пропускной способности) может быть представлена в виде:

где По - пропускная способность ПС;

lo - количество собственной информации о потоке изделий; 1оф — количество собственной информации о формообразовании; Пф - производительность формообразования;

los — количество собственной информации о (технологической) Т-

подсистеме; n¡¡ - производительность Т-подсистемы; F0 - диапазон разнообразия (гибкости); Мс— мобильность системы;

q,r — соответственно, количество Т-подсистем (модулей) осуществляющих

формо- и структурообразование изделий; q',r' — количество Т-подсистем параллельного действия;

П„>

s - общее количество Т-подсистем;

s' - количество Т-подсистем, время переналадки которых не влияет на

длительность производственного цикла; / — индекс канала (Т-подсистемы); j - индекс заказа (изделия), реализуемого в г-м канале; к— индекс единицы оборудования.

На конечном этапе цикла проектирования производится оценка эффективности варианта ПС по критериям затрат финансовых, материальных и энергетических ресурсов.

В заключение главы приведен пример определения рационального типа ПС для обработки деталей типа тела вращения в механическом цехе завода ОАО МТЗ Трансмаш.

ГЛАВА 4 УЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ПРИ ВЫБОРЕ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНФИГУРАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ

В четвертой главе решаются задачи, связанные с исследованием особенности оценки надежности ПС как сложной производственной системы. Для этого вводится понятие отказа и строится функция надежности, которая характеризует вероятность прохождения материальным потоком технологического маршрута за установленное время. В качестве отказа принимается событие, заключающееся в превышении установленного времени выполнения производственного задания. Функция надежности технологического маршрута строится на основе показателей надежности только тех единиц технических средств, которые непосредственно поддерживают данный материальный поток. Для прохождения материальным потоком группы технических средств за расчетное время необходимо, чтобы в момент поступления единицы материального потока на технический объект он должен быть работоспособен (это характеризуется коэффициентом готовности К) и обеспечить выполнение операции за расчетное время (это характеризует вероятность безотказной работы объекта P(t)). Так как технологический маршрут

представляет собой последовательно соединенную систему технических объектов ПС, то вероятность прохождения маршрута за расчетное время равна произведению безотказной работы каждого технического объекта, т.е.

(2)

м

где N - число технических объектов, непосредственно поддерживающих данный материальный поток. Такая функция надежности строится для всех материальных потоков, которые реализованы в данный момент в ПС. Функция надежности ПС представляется в виде произведения функций надежности материальных потоков:

= (3)

j-i

С помощью построенной функции надежности исследовалось уменьшение влияния отказов транспортной и складской системы на вероятность выполнения производственного задания в зависимости от объема пристаночного накопителя.

Для выявления основных причин отказов оборудования на заводе ОАО МТЗ Трансмаш был проведен сбор статистических данных, В качестве объекта исследования был выбран автоматизированный участок по изготовлению корпусных деталей, состоящих из станков с ЧПУ типа обрабатывающий центр Deckel. Анализ статистических данных показал, что 35% всех отказов обусловлено отказами механики, 20% - отказами стойки ЧПУ и системы управления, 45% - отказами электроавтоматики станка.

Для оценки коэффициента готовности, а также остальных показателей надежности и ремонтопригодности станка, все отказы дифференцировались на отказы механики, ЧПУ и электроавтоматики, и рассматривалась модель функционирования станка, которая представляет собой чередование периодов работоспособного состояния и периодов простоя по одной из возможных причин. Было показано, что данная модель функционирования сводится к более общей модели надежности системы с последовательно соединенными элементами, и коэффициент готовности определяется из выражения:

где г, - среднее время наработки и среднее время простоя по /-ой причине соответственно.

В дальнейшем при исследовании надежности принималось, что поток отказов по любой причине является простейшим, а время восстановления распределено по экспоненциальному закону. В пользу такого выбора свидетельствуют многочисленные эксплуатационные наблюдения.

Ввиду того, что производственный процесс в рамках ПС является стохастическим, то для исследования влияния отказов оборудования на эффективность функционирования применялись методы теории массового обслуживания. При этом ПС представляется в виде семейства моделей систем массового обслуживания (СМО) по каждому материальному потоку, которые в свою очередь, представляют собой многофазные последовательные системы. Технические объекты рассматривались как приборы обслуживания, а функции распределения между последовательными поступлениями заявок и собственно обслуживания как экспоненциальные. Поэтому многофазную СМО можно исследовать как простую последовательность простейших СМО.

Таким образом, анализировалось взаимодействие двух потоков, поступающих на ПС: потока заданий с интенсивностью X и интенсивностью обслуживания р и потока отказов с интенсивностью X] и интенсивностью восстановления рь

В рамках такой модели исследовалась зависимость коэффициента готовности прибора (вероятности того события, что поступивший поток заданий будет обслужен) Кг от интенсивности поступления заданий на обслуживание. Учитывая то обстоятельство, что в системе может быть использован принцип «горячего резервирования» за счет реализации альтернативных процессов обслуживания при избыточности пропускной способности всей системы коэффициент готовности системы будет определяться следующей вероятностью

Кг = 1-Р(А)-Р(В), 23

где Р(А) = ~1— - вероятность отказа прибора с интенсивностью отказа и л.,

интенсивностью восстановления ц,;

X

Р(А) = —— - вероятность отсутствия возможности применения принципа

«горячего резервирования» с интенсивностью реализации X и интенсивностью восстановления ц,.

Использую выражения вероятностей событий А и В, т.е. Р(А) и -Р(В), коэффициент готовности прибора в этом случае будет определяться по формуле

Кг=\--^---—. (5)

Была проанализирована зависимость возникновения вынужденного простоя станка от показателей надежности обеспечивающих и управляющих подсистем ПС.

Повышение эффективности ПС может быть достигнуто путем управления очередью технических средств на обслуживание. Учитывая то, что отказы технических средств ПС не равноценны по своим последствиям (отказ станка приведет только к задержке в обработке партии деталей на время ремонта, отказ управляющей ЭВМ может привести к простою всех станков), предлагается проранжировать все технические средства ПС по степени важности и связать с каждым определенный приоритет на обслуживание. Для традиционной структуры ПС предлагается ввести два уровня. Первый уровень назначается тем средствам, отказ которых может привести к отказу всех станков. К таким объектам можно отнести ЭВМ, склад, транспортную систему. Второй уровень назначается остальному технологическому оборудованию.

Введение приоритетов для групп оборудования позволяет повысить эффективность до определенного уровня, т.к. не исключает образование очереди на обслуживание. Поэтому для упорядочивания очередей станков на ремонт предлагается ввести для каждой партии деталей коэффициент потерь у,-, который характеризует потери системы в единицу времени из-за задержки /-ой партии, вызванной простоями станка. Такие потери могут быть оценены для всех станков,

находящихся в очереди на обслуживание. Время простоя /п: включает время ремонта tpl и время ожидания iol для i-ro станка. Если число станков в очереди /, то суммарные потери по всем станкам равны:

П=1>„,- (6)

1=1

Для минимизации функции потерь ]~[ упорядочивание очереди осуществляется по уменьшению коэффициентов потерь:

Г, >г2>...>у,>...>ге.

Для определения необходимой численности обслуживающего персонала в зависимости от специальности система ремонта рассматривается как последовательно соединенная система, элементами которой являются группы специалистов по обслуживанию механики, электроники, гидрооборудования, электроавтоматики и т.д., и вводится понятие отказа системы, в качестве которого считается событие, заключающееся в том, что технический объект не может быть обслужен немедленно из-за отсутствия свободной ремонтной единицы. Вероятность безотказного функционирования системы ремонта определяется как произведение вероятностей безотказного функционирования каждого элемента:

Задача оптимизации численности ремонтного персонала по каждой специальности формулируется следующим образом:

N

-> min,

^б.ф. — Ртр >

где Я, - число ремонтного персонала по i-ой специальности,

Р1р - требуемая вероятность безотказного функционирования системы обслуживания.

Данная оптимизационная задача решается методом динамического программирования.

Оптимизация надежности при планировании работы ПС. Рассматриваются проблемы учета показателей надежности технических средств и их оптимизации при планировании работы. В виду того, что процесс функционирования технических средств имеет вероятностный характер, то говорить о выполнении запланированной производственной программы к заданному сроку можно лишь с определенной вероятностью. Поэтому стохастичность производственного процесса должна быть каким-либо образом учтена при формировании производственной программы. Предлагается в качестве основных показателей надежности выполнения производственной программы использовать вероятность выполнения производственной программы и среднее время выполнения производственной программы. Это позволяет связать показатели надежности оборудования с показателями надежности выполнения производственных заданий.

Вероятность выполнения производственной программы для п станков равна произведению вероятностей выполнения каждым станком ПС своей производственной программы:

Р..=ГР?- (7)

Среднее время выполнения программы равно среднему времени выполнения последним станком своего производственного заказа:

Гпп=тах|^|, (8)

а средние потери системы равны сумме средних потерь времени каждым станком с учетом отказов и восстановлений при выполнении производственной программы:

(9)

где К1 - коэффициент готовности /-го станка.

/, - расчетное время выполнения программы г'-ым станком при условии его безотказной работы.

Применять оба показателя надежности можно как при краткосрочном, так и при долгосрочном планировании. Однако необходимо учитывать информативность показателя. С ростом интервала планирования вероятность убывает до нуля и поэтому этот показатель становится малоинформативным, т.к. на практике наибольший интерес представляют вероятности от 0,9 до 0,99, т.е. вероятность выполнения производственной программы лучше использовать при краткосрочном планировании. Среднее время выполнения задания определяется через коэффициент готовности, который учитывает всю нестабильность функционирования станка, которая проявляется только на больших интервалах времени, поэтому этот показатель целесообразно использовать при долгосрочном планировании.

Как правило, любое повышение надежности всегда связано с привлечением дополнительных резервов. Для производственных систем такими резервами могут быть введение дополнительного времени, специально предназначенного для компенсации потерь времени и создание резервной группы станков. Однако если станки в ПС являются взаимозаменяемыми, то можно, не используя вышеупомянутые методы, уменьшить потери времени при выполнении производственной программы путем соответствующего распределения заказов между станками, учитывая при этом их показатели надежности.

Пусть в состав ПС входят N взаимозаменяемых станков, надежность которых характеризуется коэффициентами готовности К„К2,...,КК соответственно. Производственная программа объемом N представлена в виде набора партий заготовок определенного наименования

N = {т„т1,...,тн}, где от,- - партия заготовок /-го наименования.

Объем производственной программы может быть представлен в нормативных затратах времени на обработку

К, = {', =т,т ,,С2 =ш2г2,=тнты}, где т, - оперативное время обработки одной заготовки из партии г'-го наименования.

В силу того, что станки являются взаимозаменяемыми, то любая партия заготовок может быть обработана на любом станке. Но так как станки отличаются друг от друга показателями надежности, то потери времени при обработке партии на равных станках будут различны. Необходимо так распределить партии деталей между станками, чтобы суммарные потери времени при выполнении всей производственной программы были бы минимальны, т.е.

-К,

к,

В математическом аспекте эта задача соответствует задаче о назначениях и может быть решена либо методом ветвей и границ, либо методом динамического программирования. Однако, если при формировании матрицы потерь А:

ЧЫЛ'| Л'2 ■•■ иКЫ)

где а^ — средние потери времени при обработке партии г-го наименования нау-ом станке партии заготовок упорядочить по возрастанию времени выполнения г, <<2 <...<(,. <...<гж, а станки по уменьшению коэффициента готовности Кх > К2 >... > Км, то для элементов матрицы потерь А будут выполняться условия:

(10) (И)

"и + > аи*к + .] ■ (12)

и минимум функции достигается на элементах, расположенных на второй диагонали матрицы А.

Если сформировать аналогичным образом матрицу А', элементами а^

которой являются средние времена выполнения заданий

л

" к]

то условия (9), (10), (11) выполняются. Элементы, лежащие на второй диагонали, минимизируют функцию

В любой перестановке всегда найдутся элементы, имеющие максимальное и минимальное значение. Если искать такую перестановку, чтобы в нее входили самый минимальный среди всех максимальных элементов

и самый максимальный среди всех минимальных

а', = тахгшп{а,у},

то этой перестановкой будет оптимальное назначение, т.е. о,', ¿/' расположены на второй диагонали, являясь минимальным и максимальным элементами в этой перестановке. Разность Д = а[-а', является в этом случае минимальной величиной среди всех перестановок.

Такое распределение партий деталей между станками обеспечивает минимальную потерю ритмичности сборки, вызванной отказами станков, если детали после обработки на станках сразу направляются на сборку.

Аналогично решается задача распределения по критерию максимума вероятности выполнения производственной программы.

На данной модели была проанализирована возможность компенсации последствий аварийной ситуации, вызванной отказом станка, путем перераспределения производственных заданий между работоспособными станками. Если в некоторый момент времени отказал г'-ый станок, то для сокращения потерь времени программы из-за простоя /-го станка в ремонте оставшаяся часть /-ой партии заготовок, которая обрабатывалась на /-ом станке, перераспределяется между работоспособными станками. Например, она может быть направлена на у'-ый станок, которому в общем случае требуется время на переналадку /,-,•, а у'-ая партия деталей направляется на г-ый станок, где одновременно с ремонтом /-го станка осуществляется его переналадка на у-ую партию. Так как в этом случае ПС несет дополнительные потери, связанные с простоями станка в переналадке, то должны существовать ресурсы, которые компенсируют потери времени при простоях станков. Эти ресурсы образуются из-

за того, что изменение маршрутов сокращают потери времени по /-ои партии при обработке оставшейся части партии на у'-ом станке и по у'-ой партии при обработке оставшейся партии на /-ом станке.

Выбор станка для переналадки определяется из условия

1 -К,

к> J

к,

где Qh Qj - оставшееся время обработки /-ой и /-ой партии соответственно.

Временное и структурное резервирование в качестве методов повышения надежности производственных систем применяется довольно часто, хотя структурное в меньшей степени. Практически всегда при формировании фонда времени станков при планировании работы ПС выделяется резервное время. Преимущество временного резервирования по сравнению со всеми остальными методами заключается в том, что повысить надежность можно до любого уровня не привлекая материальных и организационных затрат, а вводя дополнительное время в необходимом объеме. Ввиду того, что введение резервов времени приводит к снижению загрузки станка, т.к. резерв времени вводится в планируемый фонд работы оборудования, то он должен быть минимально возможным с одной стороны, а с другой стороны резерв должен быть таким, чтобы вероятность выполнения была выше требуемого уровня Ртр. Для поиска минимального резерва времени любой технический объект представляется как система с последовательно соединенными элементами, где число элементов равно числу причин отказа. Оптимизационная задача формулируется следующим образом:

N

где ТР1 — оптимальный резерв времени для /-го элемента, и решается методом динамического программирования,

В работе приведена методика сравнения эффективности использования

структурного и временного резервирования. В качестве структурного резервирования рассматривалось скользящее резервирование. Сравнивались два показателя: достижение заданного уровня вероятности выполнения программы за минимальное время и потери времени, обусловленные простоями станков в резервной группе и снижением загрузки станков в случае временного резервирования.

ГЛАВА 5 ФОРМИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТООБЕСИЕЧЕНИЯ КАК ПОДСИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ

ПОДГОТОВКИ АИ

С целью учета влияния системы ИО на формирование инструментальных комплектов была уточнена совокупность действий по инструментообеспечению. Предлагается разделить комплекс действий по инструментообеспечению на функции станков по использованию инструмента и функции по подготовке инструментов к работе, выполняемые системой инструментальной подготовки и обслуживания ПС (СИПО). Предлагаемое разделение функций системы ИО на функции самих станков и системы СИПО ПС, их обслуживающей, носит принципиальный характер и позволяет четко определить задачи и способы выполнения каждой из них, наметить пути их рационализации, учитывать особенности оборудования в ПС.

Разработанная подробная дифференциация видов простоев оборудования, связанных с использованием инструментальных комплектов, способствует выявлению причин их возникновения и определяет пути их устранения.

Эффективное функционирование станков с ЧПУ в ПС может быть обеспечено только при соответствующем уровне автоматизации ИО ПС, обеспечивающем наиболее полное раскрытие технических возможностей высокоавтоматизированного оборудования. Таким образом, уровень автоматизации инструментообеспечения ПС представляет собой совокупность состава, способов и степени автоматизации (ручной, полуавтоматический, автоматический режим) выполнения функций по подготовке,

инструментообслуживанию и использованию инструментов на станках в составе ПС, направленную на обеспечение наиболее активного функционирования станочного оборудования соответствующего уровня автоматизации. В зависимости от уровня автоматизации инструментообеспечения может изменяться не только степень автоматизации, но и количество, состав и способ выполнения функции.

Предложено существующие в настоящее время системы ИО и станки, используемые в составе ПС, расклассифицировать на три уровня по степени автоматизации. На первом уровне автоматизации осуществляется обслуживание инструментальными комплектами станков, на которых частично или полностью автоматически выполняется смена инструментов наладки в цикле обработки. На втором уровне осуществляется обслуживание станков с автоматическим контролем за состоянием инструментов и заменой отказавших. На третьем уровне обслуживаются станки в составе ПС, позволяющие осуществлять автоматическую смену комплектов инструментов при переналадках. В работе рассмотрены основные положения по формированию и использованию инструментальных комплектов и организации системы ИО различных уровней автоматизации применительно к станкам сверлильно-фрезерно-расточной группы, работающим в составе ПС. Предложено количественную оценку уровня автоматизации вести с использованием коэффициентов автоматизации инструментообеспечения "о", определяемых как отношение затрат времени на выполнение функций инструментообеспечения в автоматическом режиме к общим затратам времени на выполнение данных функций. Разработанная совокупность коэффициентов автоматизации инструментообеспечения включает: коэффициент автоматизации выполнения функций, связанных с устранением отказов инструментов на станке; коэффициент автоматизации выполнения функций СИПО, связанных с устранением отказов инструментов; коэффициент автоматизации выполнения функций станка, связанных с переналадкой инструментов на станке; коэффициент автоматизации выполнения функций СИПО, связанных с переналадкой

инструментов; коэффициент автоматизации выполнения комплекса действий, связанных с устранением брака по вине инструмента.

Значения коэффициентов автоматизации растут от 0 на первом уровне до 0,65 - 1,0 на третьем уровне.

В ПС необходимо различать затраты времени на выполнение комплекса действий по инструментообеспечению и вызываемые ими простои оборудования. Чем больше эти действия совмещены со временем обработки, подготовкой станка к работе, техобслуживанием станка, тем меньше простои станков и, следовательно, рациональнее организовано инструментообеспечение. Оценку степени такого соответствия предлагается вести с помощью коэффициента рациональности организации инструментообеспечения "в", который определяется как отношение величины простоев оборудования Я, связанных с инструментообеспечением, к полным затратам времени 3 на выполнение соответствующих функций.

Для оценки организации эксплуатации и замены отказавших инструментов на станках с ЧПУ в составе ПС, оптимальности назначаемого состава комплекта, количества дублеров и режимов резания для различных вариантов инструментообеспечения, в качестве критерия оптимальности предлагается использовать переменную часть себестоимости обработки, определяемую затратами на эксплуатацию инструментальных комплектов.

Переменная часть себестоимости, связанная с эксплуатацией инструментального комплекта, определится по формуле (14):

/ /

(14)

где/- количество инструментов в комплекте;

СРк - время резания в операции инструментом к-то наименования, ч.;

Е - стоимость часа работы станка, у.е./ч;

Р - вероятность безотказной работы всего комплекта инструментов, включая инструменты-дублеры;

пк - количество инструментов-дублеров к-го наименования, шт.;

N- величина партии запуска, шт.;

Э0к - затраты, связанные с эксплуатацией инструментов k-го наименования.

Э0к = Д . в0к Е+Дк (l-aBJ Eon + Дск аСок Ес + ДСк вСОк Е + 00т0к Е + + ЗбРк (Е + Eon) + «S* >

где Дк - полные затраты времени на устранение отказов инструментов на станке;

вок - коэффициент рациональности организации устранения собственных простоев станка из-за отказа инструмента;

a0jt - коэффициент автоматизации выполнения функций, связанных с устранением отказов инструментов на станке;

Еоп - стоимость 1 часа работы персонала;

SK - стоимость изготовления и эксплуатации инструмента к- го наименования;

ДСк - полные затраты времени СИПО на устранение отказов инструментов;

асо- коэффициент автоматизации выполнения функций СИПО, связанных с устранением отказов инструментов;

Ес - стоимость 1 минуты работы СИПО в автоматическом режиме;

вСок - коэффициент рациональности функционирования СИПО при устранении отказов инструмента;

ЗбРк - полные затраты времени на исправление брака по вине инструмента к-го наименования;

00ток - оргпростои станка из-за отсутствия оператора при подготовке инструментов-дублеров в отказе инструмента к-го наименования.

Наибольшую долю в затратах Э0 на I и II уровнях занимают: стоимость оргпростоев станка из-за отсутствия оператора, стоимость собственных простоев станка при отказах инструмента и подготовке на станке дублеров; затраты на исправление брака по вине инструментов и стоимость инструмента.

Наличие в выражении переменной части себестоимости коэффициентов автоматизации и рациональности позволяет оценивать эффективность

использования инструментальных комплектов во взаимосвязи с различными уровнями автоматизации и вариантами организации системы ИО.

Для оценки состояния организации инструментообеспечения ПС предлагается использовать в качестве критериев оптимальности коэффициенты стабильности простоев и отказов, представляющих собой отношения текущих величин простоев, связанных с инструментообеспечением, и частотой отказов инструмента к соответствующим базовым значениям (нормам).

Для объективного выбора состава комплекта при различных условиях эксплуатации предлагается использовать один из следующих критериев оптимальности:

- минимум номенклатуры, при котором состав инструментального комплекта покрывает все возможные варианты многоинструментальных наладок;

- минимальный состав инструментального комплекта, формируемого с учетом доли загрузки инструментов в обработке;

- максимальная производительность;

- минимальная себестоимость обработки;

- минимальная себестоимость обработки с учетом ограничений по производительности.

В работе представлен пример, показывающий особенности формирования номенклатуры комплекта в зависимости от выбранного критерия оптимальности.

Решаемая в рамках САПР ТП задача формализации выбора состава комплекта, тесно связана с вопросами использования инструмента и организацией системы ИО.

При переходе от обработки одной партии деталей к другой выполняется смена магазинокомплекта инструментов станка с ЧПУ. В это время станок не работает. При формировании магазинокомплектов инструментов, необходимых для обработки заданной партии деталей В ={й\, ..., й„}, могут быть использованы различные по составу инструменты. С уменьшением числа магазинокомплектов суммарная величина простоев станков уменьшается. В этих условиях возникает следующая задача: формирование минимальной совокупности групповых

магазинокомплектов инструментов М1,...,М2, необходимых для обработки за данной совокупности деталей £>. При этом должно выполняться условие

где q - емкость магазина инструментов станка с ЧПУ (емкости магазинов инструментов станков ПС приняты одинаковыми).

Данная задача сводится к задаче о минимальном покрытии множества и решается в два этапа.

На первом этапе решения задачи на базе совокупности инструментов 11= {ил, ..., иЛт} формируются все возможные ^-подмножества (групповые магазинокомплекты инструментов Л//,..., Мг) множества С/.

На втором этапе решения задачи определяется минимальное покрытие множества инструментов £/ магазинокомплектами инструментов Ми М2, М3, Мг

В результате решения этой задачи возникает несколько вариантов номенклатуры инструментов, после чего определяется оптимальный по применяемому критерию.

Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение решает задачу формирования минимального по номенклатуре комплекта инструментов, а также подбор инструмента для любой детали данной группы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технические и технологические решения, включающие формализованные методики и алгоритмы реконфигурации автоматизированных машиностроительных систем на этапе технической подготовки производства, их инструментальное оснащение, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие страны.

2. Установлены связи между номенклатурой обрабатываемых деталей и конфигурацией автоматизированных машиностроительных систем, отражающие

процесс технической подготовки и образующие организационную структуру системы.

3. На основе установленных связей и положений теории информации разработаны математические модели реконфигурируемой автоматизированной машиностроительной системы, отражающие аналитические зависимости между характеристиками продукции, параметрами функционирования и пропускной способностью производства.

4. Разработана методика определения оптимальной структуры реконфигурируемой автоматизированной машиностроительной системы на этапе технической подготовки, в основу которой положены методы расчета количественных показателей универсальности, мобильности, гибкости и пропускной способности системы.

5. В результате анализа полученных математических моделей установлено, что задача проектирования оптимальных реконфигурируемых автоматизированных машиностроительных систем может быть сведена к задаче оптимального кодирования сообщений. На этой основе сформулированы основные принципы проектирования и создания рациональных производств.

- соотношение объемов прямой и опосредованной информации, преобразуемой реконфигурируемой автоматизированной машиностроительной системы должно быть прямо пропорционально степени гибкости потока заказов;

- вероятность использования символов технологического кода должна соответствовать вероятности появления элементов и характеристик качества продукции на входе реконфигурируемой автоматизированной машиностроительной системы;

- оптимальное распределение гибкости реконфигурируемой автоматизированной машиностроительной системы между уровнями иерархии системы должно подчиняться закону симметрии.

6. При планировании работ, выполняемых в реконфигурируемых автоматизированных машиностроительных системах, поставлена и решена задача оптимизации надежности. Показано, что для оценки надежности необходимо

оценивать надежность каждого материального потока. При этом надежность материального потока необходимо определять показателями надежности только тех технических объектов, которые поддерживают данный материальный поток. Интегральная функция надежности, которая характеризует вероятность выполнения производственной программы по объему и номенклатуре за заданное, время, представляется в виде произведения вероятностей прохождения материальными потоками технологических маршрутов за заданное время.

7. Разработаны модели функционирования системы инструментообеспечения, включающие формирование комплектов инструментов, зависимости связывающие, количество требуемых инструментов-дублеров и вероятность безотказной работы инструментов при различных вариантах организации инструментообеспечения; показано, что формирование комплектов инструментов целесообразно решать как задачу о минимальном покрытии множества инструментов магазинокомплектами.

8. Полученные результаты рекомендуется использовать на предприятиях, производящих машино- и приборостроительную продукцию, и в учебном процессе при подготовке инженерно-технических и научно-педагогических кадров по направлениям «Информатика и вычислительная техника», «Приборостроение» и «Управление качеством».

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в периодических изданиях рекомендованных ВАК:

1. Капитанов, A.B. Сетевые математические модели в оптимизации АСУ машиностроительным предприятием/ A.B. Капитанов, И.С. Омельченко, А.П. Попов, О.С. Сироткин//Проблемы машиностроения и автоматизации №1 -2014.-С. 53-63.

2. Капитанов, A.B. Представление знаний в информационной системе технологической подготовки машиностроительного предприятия/А.В. Капитанов//Вестник МГТУ «Станкин». Научный рецензируемый журнал №3(26) -2013 г.-С. 83-87.

3. Капитанов, A.B. Оптимальное распределение производственной программы между станками автоматизированной станочной системы с учетом надежности технических средств/А.В. Капитанов//Промышленные АСУ и контроллеры, № 11 - 2013. - С. 3-6.

4. Капитанов, A.B. Построение функции надежности автоматизированной станочной системы/А.В. Капитанов//Промышленные АСУ и контроллеры, №10-2013.-С. 15-18.

5. Митрофанов, В.Г. Цикл выработки и обоснованность принятия решений при управлении автоматизированным производством/В.Г. Митрофанов, A.B. Капитанов, Т.Г. Гришина//Инновации, №10(180) - 2013. - С. 23-27.

6. Феофанов, А.Н. Система управления машиностроительным производством (основные требования)/А.Н.Феофанов, В.Г. Митрофанов, A.B. Капитанов, В.И. Мишатин//Изд. "Технология машиностроения". Технология машиностроения. №2(128), 2013 г. С. 64-66.

7. Капитанов, A.B. Автоматизированные управленческие системы в промышленности/А.В. Капитанов, В.И. Мишатин//Вестник МГТУ «Станкин». Научный рецензируемый журнал. №2, 2012 г. - С. 82-85.

8. Капитанов, A.B. Организация предметно-ориентированной базы данных для предприятия /A.B. Капитанов, П.В. Кондратьев, А.Н. Феофанов//Экономика и управление в машиностроении. №2(20), 2012. С.48-51.

9. Митрофанов, В.Г. Современные подходы в области внедрения корпоративных информационно-управляющих систем/В.Г. Митрофанов, A.B. КапитановЮлектротехнические комплексы и системы управления. №3(27), 2012. С. 65-68.

10. Соломенцев, Ю.М. Автоматизированные станочные системы, организация эксплуатации металлообрабатывающих инструментов/Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, A.B. Капитанов//Межотраслевая информационная служба №4, 2012. С. 48-52.

11. Митрофанов, В.Г. Методика создания информационно-управляющей системы газотранспортного предприятия/В.Г. Митрофанов, Капитанов А.В.//Приводная техника. Технико-аналитический информационный журнал. №3(97), 2012. С. 45-48.

12. Feofanov, A.N. Choice of type of model of industrial systems/A.N. Feofanov, V.G. Mitrofanov, A.V. Kapitanov//Engineering & automation problems. International journal. №4, 2011. - S. 96-98.

13. Капитанов, A.B. Программно-техническая платформа информационно-аналитической системы/А.В. Капитанов, В.Ю. Семилеткин, А.Н. Феофанов//Изд. "Технология машиностроения". Технология машиностроения. №7, 2011.-С. 67-69.

14. Юнин, И.Ю. А.Н.Феофанов, А.В.Капитанов, В.Г.Митрофанов Информационно-аналитические системы управления предприятием/И.Ю. Юнин, А.Н. Феофанов, A.B. Капитанов, В.Г. Митрофанов//Изд. "Технология машиностроения". Сварочное производство. №8, 2011. - С. 49-51.

15. Митрофанов, В.Г. Выбор компонент программно-технической платформы информационно-аналитической системы/В.Г. Митрофанов, A.B. Капитанов, В.Ю. Семилеткин//Межотраслевая информационная служба. №4. -2010.-С. 38-46.

16. Митрофанов, В.Г., Канал связи как модель производственной системы/В.Г. Митрофанов, A.B. Капитанов, Ю.А.Милкина, В.Ю. Семилеткин//Вестник МГТУ «Станкин». Научный рецензируемый журнал. М. МГТУ «Станкин», №4,2010. - С. 135-139.

17. Капитанов, A.B. Показатели риска и методы его оценки/А.В. Капитанов, В.Г. Митрофанов, Н.П. Негримовская, А.Н. Феофанов//Экономика и управление в машиностроении. №1(7) Изд. Центр «Технология машиностроения», М.:2010.-С. 12-15.

18. Капитанов, A.B. Критерии определения состава комплектов инструментов для автоматизированной станочной системы/А.В. Капитанов//Вестник Самарского государственного технологического университета. Серия «Технические науки». №2 (22). Самара - 2008 с. 228 - 230.

Монографии:

19. Митрофанов, В.Г. Проектирование автоматизированных машиностроительных производств: монография/В.Г. Митрофанов, A.B. Капитанов, А.П. Попов. - Закрытое акционерное об-во "ОНИКС" (Об-ние науч., инженерных и коммерческих структур) - Ирбит: Тольятти: ОНИКС, 2013 -282 с.

20. Митрофанов, В.Г. Моделирование и управление движениями формообразования при механической обработке: монография/В.Г. Митрофанов, A.B. Капитанов, А.Н. Кравцов, Д.Е. Искра; под общ. ред. Ю.М. Соломенцева. -Закрытое акционерное об-во "ОНИКС" (Об-ние науч., инженерных и коммерческих структур) - Ирбит: ОНИКС, 2011 - 239 с.

Статьи в других периодических изданиях, сборниках научных трудов, трудах научных конференций:

21. Капитанов, A.B. Система управления технологической подготовкой машиностроительного предприятия/А.В. Капитанов//Сборник материалов VI Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов "Будущее машиностроения России", Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана-2013 г.

22. Митрофанов, В.Г., Системный анализ и моделирование производственных систем/В.Г. Митрофанов, A.B. Капитанов//Прогрессивные

технологии в современном машиностроении: сборник материалов IX Международная научно-техническая конференции. Приволжский дом знаний, г. Пенза.-2013 г.-С. 50-53.

23. Капитанов, A.B. Информационный подход в определении требуемой гибкости производственной системы/А.В. Капитанов //Перспективы развития информационных технологий: сборник материалов XIII Международной научно-практической конференции. Новосибирск: ООО агентство «СИБПРИНТ», 2013. -С. 24-26.

24. Митрофанов, В.Г. Оптимизация технологических процессов механической обработки./В.Г.Митрофанов, A.B. Капитанов, Д.Е. Искра//Проблемы проектирования и автоматизации машиностроительных производств: сборник научных трудов. Волгоградский государственный технический университет. Закрытое акционерное общество «ОНИКС». — Волгоград: ВолгГТУ, Тольятти: Ирбит: ЗАО «ОНИКС», 2013. - 208 е.: ил., табл.; -(Серия: Управление качеством технологических процессов в машиностроении/Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева).

25. Митрофанов, В.Г. Качественные требования к системе управления машиностроительным производством./В.Г. Митрофанов, A.B. Капитанов, В.И. Мишатин//Сборник научных трудов. Семинар «Современные технологии в горном машиностроении», Неделя горняка - 2011 г. С. 22-26.

26. Капитанов, A.B. Особенности проектирования программно-технического обеспечения автоматизированных производственных систем/А.В. Капитанов//Тезисы докладов V Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов "Будущее машиностроения России (2011)".

27. Капитанов, A.B. Информационный подход к технологическому обеспечению производственных процессов/А.В. Капитанов, К.А. Симанженков, В.Г. Мешков//3 научно-образовательная конференция "Машиностроение -традиции и инновации" (МТИ-2010) М.: МГТУ "Станкин", 2010.

28. Капитанов, A.B. Многокритериальная оптимизация при проектировании технических систем/А.В. Капитанов, К.А. Симанженков, С.А.

Тясто//3 научно-образовательная конференция "Машиностроение - традиции и инновации" (МТИ-2010) М.: МГТУ "Станкин", 2010.

29. Капитанов, A.B. Производственная система как канал связи/А.В. Капитанов, В.Г. Митрофанов//8 Всероссийская научно-практическая конференция "Применение ИПИ - технологий в производстве" Москва. 2010 «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского.

30. Капитанов, A.B. Оценка качества решений при проектировании объектов машиностроения/А.В. Капитанов//Автоматизация энергосбережения машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования. 6-я Международная научно-техническая конференция. Вологда: ВоГТУ 2010.

31. Капитанов, A.B. Оптимизация функционирования инструментальной наладки на станках с ЧПУ/А.В. Капитанов//Творчество и сэбсология. Научно-информационный сборник. Выпуск №005. Москва ИПИ ТИП-С, 2008 г. с. 86 - 95.

32. Капитанов, A.B. Разработка имитационного моделирования для определения инструментальных комплектов в автоматизированной станочной системе/А.В. Капитанов//Творчество и сэбсология. Научно-информационный сборник. Выпуск №005. Москва ИПИ ТИП-С, 2008 г. с. 100 - 105.

33. Капитанов, A.B. Информационная поддержка инструментообеспечения автоматизированных станочных систем/А.В. Капитанов//Труды шестой Всероссийской научно-практической конференции «Применение ИПИ - технологий в производстве» (Москва, 2008 г.) с. 62.

Подписано в печать 26.03.2014

Формат 60х90'Лб Бумага 80 гр/м2 Гарнитура Times

Объем 2,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 478

Отпечатано в «ИПД Триальфа»,

103305, Москва, Зеленоград, проезд 4807, д.1., стр.1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

На правах рукописи

0 5 £ 014 511Ь15

Капитанов Алексей Вячеславович

ПОСТРОЕНИЕ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ЭТАПЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА

05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и

производствами (технические системы)»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук

научный консультант: Митрофанов Владимир Георгиевич Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., проф.

Москва - 2014 г.

Содержание

Введение................................................................................. 4

Глава 1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования..................... 8

1.1 Состав и характер задач, решаемых на этапе концептуального проектирования................................................................. 8

1.2 Методическое обеспечение технологического проектирования станочных систем............................................................... 15

1.3 Обзор основных методов повышения надежности производственных систем.................................................... 18

1.4 Цель и задачи исследований............................................. 29

Глава 2 Теоретико-информационное представление производственной системы.................................................................................. 32

2.1 Выбор типа модели производственной системы.................... 32

2.2 Интерпретация производственной системы каналом связи...... 42

2.3 Количественное определение показателей

автоматизированного производства........................................ 62

2.3.1 Выбор критериев эффективности ПС.......................... 62

2.3.2 Определение требуемой гибкости ПС на основе теоретико-информационного подхода............................... 64

2.3.3 Определение производительности ПС на основе теоретико-информационного подхода............................... 75

2.3.4 Основные показатели эффективности ПС................... 81

2.4 Выводы...................................................................... 86

Глава 3. Методические основы выбора оптимальной конфигурации производственной системы.......................................................... 88

3.1 Общие принципы и стратегия проектирования оптимальных производственных систем.................................................... 88

3.2 Общие принципы и стратегия поиска рациональных типов структур производственных систем........................................ 101

3.3 Практические применения определения рационального типа

производственной системы......................................................................................................121

3.4 Выводы..............................................................................................................................................127

Глава 4 Учет надежности при выборе оптимальной конфигурации

производственной системы....................................................................................................................129

4.1 Построение функции надежности ПС..................................................................129

4.2 Анализ простоев технических средств ПС........................................................136

4.3 Модель функционирования технических средств ПС..........................144

4.4 Управление обслуживанием технических средств ПС..........................151

4.5 Оптимизация надежности при планировании работ ПС....................160

4.5.1 Учет показателей надежности при планировании

работы..............................................................................................................................................161

4.5.2 Оптимальное распределение производственной программы между станками ПС..............................................................................166

4.5.3 Особенности применения структурного и временного резервирования........................................................................................................................172

4.5.4 Обеспечение выполнения производственной программы

при возникновении аварийной ситуации........................................................180

4.6 Выводы..............................................................................................................................................................186

Глава 5 Формирование и оптимизация системы

инструментообеспечения как подсистемы технической подготовки АП... 187

5.1 Структура простоев станочного оборудования в ПС,

связанных с использованием инструментальных комплектов..............187

5.2 Классификация системы ИО ПС по уровням автоматизации... 193

5.3 Критерии выбора состава комплекта инструментов при различных вариантах и уровнях системы ИО........................................................210

5.4 Разработка автоматизированной системы выбора оптимального комплекта инструментов....................................................................231

5.5 Выводы..........................................................................................................................................246

Заключение............................................................................................................................................................247

Список литературы........................................................................................................................................250

Введение

Осуществляемый в настоящее время в мировом машиностроении переход к переналаживаемым производственным системам требует изменения и существующих методов проектирования производственных и технологических систем. Одним из таких требований является, наряду с развитием методов имитационного моделирования, необходимость развития методов оптимизационного моделирования. Эта необходимость объективно вытекает из практической невозможности достижения оптимума для сложных систем лишь средствами численного эксперимента на ЭВМ. Возрастание трудоемкости численного эксперимента с ростом сложности системы с неизбежностью приводит к возникновению этапа концептуальной оптимизации системы.

На этапе концептуальной оптимизации используются так называемые оценочные модели, основной функцией которых является максимальное сужение поля деятельности имитационного моделирования путем превентивного отсечения заведомо неэффективных направлений поиска.

Оптимизационные модели позволяют, исходя из служебного назначения системы и отпущенных на ее создание ресурсов (в том числе времени), получить верхние оценки по таким критериям качества, как гибкость, мобильность, производительность и т.п. В основу методики определения потенциальной эффективности положено последовательное моделирование производственной системы, преобразующее информацию о плане продукции в готовую продукцию.

Такой подход позволяет (с использованием основных положений и инструментария теории информации) разработать методы количественного определения вышеперечисленных критериев (а также таких показателей, как уровень совершенства, коэффициент специализации и др.), удовлетворяющие следующим основным требованиям:

- объективности системы используемых показателей;

- обеспечения оценки соответствия выходных параметров системы входным (требования технического задания);

- обеспечения сравнения параметров эффективности проектных вариантов системы с лучшими отечественными и мировыми образцами;

- возможности прогнозирования уровня эффективности системы на стадии выбора концептуальных решений.

Применение данной методики на этапе технической подготовки производства различного назначения и степени интеграции, позволяет не только существенно сократить сроки проектирования системы, но и предотвратить потери, вызванные ошибками концептуального характера.

Практическая значимость работы состоит в разработке теоретических положений формализованной методологии автоматизации проектирования системы технической подготовки, которые отличаются универсальностью, инвариантны к классу обрабатываемых деталей и применяемому технологическому оборудованию. Предложенные алгоритмы проектирования реализованы инструментальными средствами современных ПК, стандартом ИСО 15288, РЭМ и РЬМ системами, что позволяет в несколько раз повысить эффективность проектно-конструкторских работ и технологической подготовки многономенклатурного производства в машиностроении и приборостроении.

Предложенное представление автоматизированного производства каналом связи позволило определять требуемую гибкость производственной системы на основе теоретико-информационного подхода.

Разработанная методика построения функции надежности материального потока обеспечивает возможность оценки выполнения производственной программы в установленные сроки в процессе эксплуатации системы. Предлагаемый переход от показателей надежности оборудования к надежности материальных потоков позволяет применять различные модели оптимизации дополнительных ресурсов, необходимых для достижения заданного уровня вероятности выполнения производственной программы.

Проведенные исследования легли в основу: методик, рекомендаций и структуры формирования и использования инструментальных комплектов в подсистеме инструментообеспечения (ИО) производственной системы;

формализованных методик оперативного контроля и коррекции управления использованием инструментальных комплектов; рациональных вариантов инструментообеспечения различных уровней автоматизации.

Теоретическая база исследования основывается на системном анализе, математическом моделировании, математической статистике, теории информации.

Достоверность научных результатов и выводов подтверждается корректным использованием научных методов исследования, современного математического аппарата, практической проверкой и верификацией результатов моделирования, а также практикой применения разработанных методов, моделей и алгоритмов при организации и управлении подготовкой производства изделий машиностроения.

Диссертационная работа соответствует формуле научной специальности 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические науки) в областях:

методология, научные основы и формализованные методы построения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и производствами (АСУП), а также технической подготовкой производства (АСТПП) и т. д.;

теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация;

теоретические основы, средства и методы промышленной технологии создания АСУТП, АСУП, АСТППи др.;

формализованные методы анализа, синтеза, исследования и оптимизация модульных структур систем сбора и обработки данных в АСУТП, АСУП, АСТПП и др.;

методы планирования и оптимизации отладки, сопровождения, модификации и эксплуатации задач функциональных и обеспечивающих подсистем АСУТП, АСУП, АСТПП и др., включающие задачи управления качеством, финансами и персоналом;

теоретические основы и прикладные методы анализа и повышения эффективности, надежности и живучести АСУ на этапах их разработки, внедрения и эксплуатации.

Глава 1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Состав и характер задач, решаемых на этапе концептуального

проектирования

В работе [1] отмечается, что наиболее яркой чертой современной научно-технической революции является все возрастающий темп зарождения новых научных идей, требующих создания адекватных технологических процессов. В то же время революционные изменения в технологии, технологической базе и организации производства [2] невозможны без активизации работ в области ускорения научно-технического прогресса. Мероприятия, намеченные для достижения этой цели на ближайшее 15-летие, ориентируют на перестройку инвестиционной и структурной политики, концентрацию ресурсов на важнейших направлениях научно-технического прогресса. Круг вопросов, подлежащих при этом решению, охватывает различные сферы общественного производства, но особо следует выделить те из них, которые непосредственно связаны со стадиями процесса нововведения - проектированием, производством, распространением и применением новшеств в промышленности.

Исследование потерь общественного продукта и неиспользованных возможностей показывает [1,2], что немалая их доля из-за неудовлетворительных технических и организационных решений приходится на сферу проектирования. По оценкам специалистов, единственным средством повышения качества и сокращения сроков проектирования (в т.ч. технологических систем и оборудования машиностроительных мероприятий) является автоматизация проектно-конструкторских работ с использованием автоматизированных систем на базе применения современных информационных технологий [3, 4, 5].

Однако, снижение трудоемкости выполнения ряда процедур при проектировании ЭВМ и даже выполнение таких расчетов, которые практически было невозможно осуществить вручную, часто не могут компенсировать недостаточно высокий уровень качества принимаемых решений [1]. Одной из

причин невосполнимости затраченных средств является, прежде всего, недостаточность методического обеспечения информационных технологий, нарушение принципов системного подхода в выполнении этапов процедур и организации проектирования.

По мнению специалистов в области теории проектирования [6], для успешного внедрения информационных технологий необходима методологическая база процесса проектирования, позволяющая в форме объективных алгоритмов разрабатывать логику для соответствующих компьютерных программ. Компьютер нуждается в совершенно другой методической информации, нежели человек, а это требует развития методологии проектирования сложных технических систем, к числу которых относятся реконфигурируемые производственные системы (РПС).

Вместе с тем, как справедливо отмечается в работе [7], в современной литературе мало публикаций, отражающих вопросы теории и методологии инженерного проектирования РПС. Задача проектирования таких систем стоит перед многими проектно-технологическими организациями. Однако недостаточная изученность общих целей и принципов создания РПС, степени их влияния на структуру и организацию производства, отсутствие научно-методологической основы проведения основных этапов разработок, нечеткое понимание задач, требующих решения на каждом этапе, и, наконец, отсутствие методики проведения инженерных и технико-экономических расчетов часто приводят к субъективному подходу в выборе технологических процессов, состава и структуры оборудования.

Эмпирический характер таких разработок на основании инженерной интуиции, методом аналогов или «проб и ошибок», допустимый на первых этапах становления этого нового направления, в условиях широкого промышленного освоения становится малоэффективным. Значительные капиталовложения, необходимые для разработки и создания РПС, делают задачу целенаправленного проектирования систем, оптимальных по структуре и составу оборудования, особенно актуальной.

Специфика этой задачи состоит в том, что важнейшие, наиболее сложные этапы технического проектирования, определяющие эффективность дальнейшего использования системы, смещаются на ранние стадии разработки, предшествующие конструированию конкретных машин и агрегатов. Именно на этих этапах закладываются принципиальные, концептуальные решения технологии, техники и организации. И именно эта стадия проектирования является в настоящее время наименее подготовленной к автоматизированному проектированию. В общем случае [8, 9] процесс проектирования РПС представляет собой многослойную иерархическую процедуру с оптимизацией решений в каждом слое (рисунки 1.1, 1.2). Если в любой задаче проектирования выделить исследование и собственно проектирование (конструирование), то при рассмотрении процесса проектирования РПС как сложной технической системы можно выделить достаточно обобщенно следующие этапы: 1) внешнее проектирование (или концептуальное проектирование, макропроектирование) -это этап, связанный с обследованием объекта проектирования, конкретизацией целей и задач системы, выработкой основных концепций, типа структуры, принципов работы и требований к основным характеристикам системы. На этом этапе система рассматривается на высоком уровне абстрагирования, использующем, как правило, лингвистический и теоретико-множественный уровни описания системы. 2) Формирование облика - этап, связанный с разработкой математических моделей проектируемой системы и генерированием множества альтернативных вариантов проектируемой системы, удовлетворяющих требованиям внешнего проектирования. Иногда этот этап разбивают на подэтапы морфологического и функционального проектирования, т.е. на подэтапы выбора структуры системы и функций, которые будут выполнять отдельные звенья системы. 3) Внутреннее проектирование - этап, связанный с реализацией элементов и подсистем проектируемой системы в виде конкретных технических устройств, обеспечивающих выполнение требований, полученных на предыдущих этапах проектирования.

1. Макропроектирование РПС

1.1 Концептуальное проектирование }

1 Г

1.2. Формирование облика РПС

2. Внутреннее проектирование РПС

2.1. Отбор стандартных элементов

1

2.2. Конструирование специальных элементов

3. Воплощение Р