автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Повышение эффективности автоматических линий механообработки деталей тел вращения за счет использования накопителей транзитного типа

Введение.

Раздел 1. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ

1. i. Классификация автоматических линий по расчетным схемам.

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

1.3. Цель исследования и постановка решаемых задач.

Раздел 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДВУХУЧАСТКОВЫХ АЛ С ТРАНЗИТНЫМ НАЛСОПИТЕЛЕМ

2.1. Обобщенная математическая модель однопоточных двухучастковых АЛ.

2.2. ОДАхЛ с транзитным накопителем и без общего устройства с условием работы (+q-).

2.2.1 Задачи 5 и 6 из таблицы 1.1.

2.2.2 Задача 7 из таблицы 1.1.

2.2.3 Задача 8 из таблицы 1.1.

2.3. Анализ полученных результатов.,.

2.4. Метод деления АЛ синхронного действия на два участка.

2.5. вывод.,.

Раздел 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНО

СТИ И НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛЕНИЙ

3.1. Метод расчета надежности и производительности однопоточных АЛ.

3.2. Метод расчета надежности и производительности АЛ произвольной структурной компоновки.

3.3. Метод деления АЛ на К участков с накопителями (+q-).

3.4. Вывод.,.

Современная автоматическая линия (АЛ) - сложная производственная восстанавливаемая система машин, комплекс технологического -основного, вспомогательного и накапительно - транспортного оборудования, систем контроля и управления, с помошью которых в определенной технологической последовательности и с определенным темпом изготавливается определенный вид продукции в требуемом количестве и требуемого качества.

За основу модели процесса проектирования АЛ может быть принята традиционная многоуровневая схема, которая широко применяется в практике проектирующих организаций. Большое разнообразие деталей, обрабатываемых на АЛ, различие требований по производительности, различные требования заказчиков приводят к тому, что проектирование АЛ представляет собой сложную многовариантную и трудно формализуемую задачу.

В данном исследовании будет рассмотрен этап технического задания АЛ, который является основополагающим для последующих разработок.

Основные параметры АЛ - его структурная компоновка и техническая характеристика - должны быть определены на первых этапах проектирования. Важность такого подхода заключается в том, что если частные структурные ошибцки могут быть исправимы при изготовлении и наладке АЛ, то ошибка выбора технологического процесса и в основном замысле не поддаются корректировке. Именно этим можно объяснтъ, что из-за ошибочного прогнозирования производительности многие АЛ не выходят на проектную производительность.

Из графа дерева процесса технологического проектирования (рис. 1) следует, что выбор основных технических параметров АЛ является многовариантной задачей и с точки зрения создания САПР АЛ нужно принимать такие математические модели каждого этапа (яруса), которые бы исключали итерационный процесс. Такой подход обоснован тем обстоятельством, что наличие итерационных процессов может привести к резкому удлинению времени нахождения оптимальных решений и тем самым, с учетом надежности ЭВМ реализация САПР АЛ практически может стать невозможным.

Анализ процесса технического проектирования показывает, что самыми неформализуемыми этапами являются выбор заготовки и разработка технологического процесса по переходам. Это объясняется тем, что выбор заготовки обуславливается возможностями заказчика, а выбор технологического процесса по технологическим переходам всегда останемся открытым процессом в силу сопряженности с другими отраслями науки и техники. Кроме того, выбор технологического процесса по переходам связан с творческой деятельностью технолога -проектировщика, что делает его трудноформализуемым.

Этапы "оптимизация техпроцесса по операциям", "выбор или компонование оборудования", "структурная компоновка АЛ" и "планировка АЛ" являются более формализуемыми процессами, к которым могут быть применены строгие математические методы пошаговой оптимизации, которые резко сократят число итераций и тем самым повысится эффективность проектирования АЛ.

Как следует из анализа процесса проектирования АЛ, после этапа "разработка процесса по переходам" можно перейти к этапу выбора структурной компоновки. Считая при этом, что каждый технологический переход реализуется на - отдельном станке (технологический переход соответствует технологической операции). В таком процессе проектирования число технологических операций максимально и с точки зрения компоновки АЛ имеет максимальную длину. Функциональная цель этапов оптимизации технологического процесса по сторонам обработки и технологической операции приводит к уменьшению длины АЛ и, естественно, к изменению состава оборудования и структурной компоновки. Отсюда следует, что такое преобразование структурной компоновки и состава оборудования должно выполняться с точки зрения конечного результата, т.е. изменения технико-экономических показателей АЛ или, другими словами, с учетом изменения надежности и производительности оборудования. Анализ существующих методов исследования и проекгирования технологических операций на АЛ показывает, что эта задача решается без учета изменения надежности оборудования и структурных преобразований АЛ.

Таким образом, задача проекгирования АЛ состоит в том, чтобы при зм9Нньпь1 технических ограничениях л определить технические характеристики оборудования, которые обеспечивали'! бы технические условия на обрабатьшаемую деталь и заданную щ)ограмму выпуска.

Изучение состояния вопроса о создании АЛ, постановка общей задачи и рассмотрение особенностей процесса щзоектирования позволяют сформулировать основные направления предлагаемой работы установление зависимостей между структурными компоновками и производительностью АЛ, выявление факторов, воздействуя на которые можно повысить производительность, формирования математических моделей производительности для создания математического обеспечения проектирования АЛ, повышающих качество проектных решений.

Цель работы - повысить качество консфукторско-технологических решений при разработке АЛ и снизить трудоемкость проекгирования за счет разработки теоретических положений оптимизации структурной 5(ко|Апоновки/!ДЛсоздания математического обеспечения проектирования, позволяющего ащрматизировать процесс принятия проектных рещений.

Деталь

1-й ярус выбор заготовки»

2-й ярус «разработка техпроцесса по переходам»

3-й ярус оптимизация техпроцесса по операциям

4-й ярус «выбор или компонование оборудования»

5- й ярус «опгимизацР 1я структурной компоновки»

6- й ярус «планировка»

7-й ярус «технико-технологические показатели»

Рис. 1. процесс технологического проектирования

Общие выводы и полученные результаты.

1. На базе теории марковских цепей и теории графов показано, что математическая модель однопоточных двухучастковых АЛ для определения производительности зависит: от значений интенсивностей потока отказов и восстановления всех структурных элементов; от соотнощения номинальных производительностей участков; от типа используемых накопителей; от способа приема и выдачи деталей при отказе накопителя; от системы обслуживания (количества наладчиков); от использования общих устройств (централизованной системы-управления, использования промыпшенных роботов и т.д.).

2. Доказано, что величина выигрыша в коэффициенте готовности однопоточных двухучастковых АЛ для заданной вместимости накопителя достигает максимального значения при одинаковых проектных производительностях участков, то есть когда aajai =^2^2

3. Установлено, что при неограниченном росте вместимости накопителя проектная производительность однопоточных двухучастковых АЛ стремится к своему предельному значению, равному проектной производительности лимитирующего участка.

4. Установлено,.что повышение проектной производительности однопоточных двухучастковых АЛ можно достигнуть следующими путями: -увеличением вместимости накопителей, то есть за счет увеличения объема незавершенного производства и стоимости транспортно-накопительной системы; - увеличением разности номинальных производительностей участков, то есть засчет режимов резания или применения новой технологии.

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

6. Разработан метод расчета производительности однопоточной структуры для произвольной структурной компоновки, использующий нижнюю и верхнюю оценки производительности АЛ и учитывающий изменение следующих параметров; разность цикловых производительностей участков; коэффициент готовности накопителей; тип используемых накопителей.

7. Получено аналитическое решение для определения интенсивности отказа и восстановления эквивалентного участка при расчете нижней оценки гроизводтшьносга АЛ, которое позволяет более точно определить вместимость накопителей для достижения определенного уровня влияния потерь участков на общие потери всей системы, т.к. этот фактор является функцией интенсивности отказа и восстановления участков и вместимости накопителей.

8.Разработан метод оптимального деления АЛ на произвольное число участков, который обеспечивает более эффективное использование накопителей, разности цикловых производительностей оборудования и многопочности структуры. Для рассмотренного примера предложенный метод деления АЛ на четыре участка, используя лишь факторы места расположения накопителя и разность цикловых производительностей повышает производительность на 16% по сравнению с общепринятым условием деления на участки с одинаковым коэффициентом готовности.

153

1. Базовский Ф.И. Надежность. Теория и практика. М.: Мир. 1966. 373с.

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

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

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

5. Белоусов А.П., Дащенко А.И. и др. Автоматизация процессов в машиностроении. М., Высшая Школа. 1973, 456с.

6. Башарин Г.П. Наумов В. А., Черпаков Б.И. Оценка производительности и ритмичности автоматических линий с гибкой связью. "Станки и инструменты", 1978, N11, с.3-5.

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

8. 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.

9. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.; Советское радио, 1972, 551с. Ю.Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Госиздательство физико-математической литературы, 1962, 564с.

10. Владвиевский А.П. Автоматические линии в машиностроении. Кн.1. М.: Машгиз, 1958,430с.

11. Владэиевский А.П.Белоусов А.П. Основы автоматизации производства в машиностроении.М.-.Высшая школа, 1974,352с.

12. Волчкевич Л.И. Надежность автоматических линий. М.; Машиностроение, 1969, 308с.

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

14. Волчкевич Л.И. Выбор экономически оптимальной структуры автоматических линий. "Механизация и автоматизация производства", 1965,N 11,0.17-21.

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

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

17. Вагнер Г.Основы исследования операций, т.З, М.:Мир. 197ДЛ501с.

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

19. 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.

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

21. 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.

22. Дащенко Л.И. Автоматизация процессов в машиностроении . М.: Высшая школа. 1973. 456с.

23. Дащенко А.И., 1?едоусов А.П., Проектирование автоматическихшйний. М.: Высшая школа, 1983, 328с.

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

25. Кузнецов М.М.,Волчкевич А. И. ,Замчалов КЗ. П. Автоматизация производственных процессов.М.: Высшая школа, 1978,431с.

26. Кокс Д., Смит В. Теория востановления, М.: Советское радио. 1967, 299с.

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

28. Основы теории случайных процессов.М.: Мир. 1971,536с. 4?. Кофман А. Введение в прикладную комбинаторику., М.:1. Наука. 1975. 479с.

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

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

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

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

33. Немировский Н.Э., Бромберг М.А. Испытания автоматических линий по показателям надежности и производительности.-"Станки и инструмент".1978, N12, с.З-б.

34. Пронников A.C. Основы надежности и долговечности машин. . М.: Изд-во стандартов, 1969. 159с.

35. Пронников A.C.Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. 592с.

36. Пуш В.Э., Пирерт Р., Сосонкин В.Л. Автоматические станочные системы. М.: Машиностроение, 1982. 319с.

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

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

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

40. Первозванский A.A. Математические модели в управлении производством. М.: Наука, 1975, 615с.

41. Саксин A.M., Зльянов В.Д. и др. Пути повышения эффективности автоматических линий для,АА|Аработки деталей типа тел вращения "Станкц и инструмент", 1975, N 4, с. 9-11.

42. Севастьянов Б. А. Задача о влиянии емкости бункеров на среднее время простоя автоматической линии станков. "Теория вероятностей и ее применение". ,1.962, т.УП, вып. 4,с. 41-48.

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

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

45. Султан-заде Н.М., Тимковский В.Г. Метод оптимизации структурны однопоточной автоматических линий. Сб: "Системы управления станками и автоматическими линиями", М.: ВЗМИ. >1983. с.93-96.

46. Хинчин А.Я. Работы по математической теории массового обслуживания. М.: Наука, 1963. 235с.

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

48. Черпаков Б.И. Эксплуатация автоматических линий. М.: Машиностроение. 1978. 248с.157

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

50. Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М.: Машиностроение. 1973, 640с.

51. Шаумян Г. А. Кузнецов М.М., Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов.,М. .Высшая школа,1967, 471с.

52. Шаумян Г.А. Автоматы и автоматические линии. М.: Машгиз. 1961. 552с.

53. Шевяков H.H., Горчев B.C. Аналитический метод определения количества состояний .А«;.однопоточных автоматических линий., дСБ.: Некоторые вопросы автоматизации технологических процессов в машиностроении. М.: ВЗМИ, 1969, выл 1, с.29-33.

54. Эрпшер Ю.Б. Надежность и структура автоматических станочных линий. М.: Машиностроение, 1962,179с.