автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Повышение эффективности использования гибких производственных систем за счет введения в их состав универсального оборудования с ручным и механическим управлением

На правах рукописи

Свиридков Иван Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ ЗА СЧЕТ ВВЕДЕНИЯ В ИХ СОСТАВ УНИВЕРСАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С РУЧНЫМ И МЕХАНИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ

Специальность 05.13.06. - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении Московском государственном технологическом университете (ГОУМГТУ) «СТАНКИН»

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор, засл. деятель науки РФ В. Л. Сосонкин

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Султан-заде Н. М. - кандидат технических наук, Хает И. Л.

Ведущее предприятие - ОАО «КАСКАД»

Защита состоится «¿ 3 » 2004 г. в 10 часов 00 минут на

заседании диссертационного совета/К221.142.01 при Государственном образовательном учреждении Московском государственном технологическом университета «Станкин» по адресу: 103055, Москва, Вадковский пер., д.За

Отзыв о работе, заверенный печатью, в 2-х экземплярах просьба направить по указанному адресу в диссертационный совет К212.142.01

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУМГТУ «Станкин»

Автореферат разослан 2004 г

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

Тарарин И. М.

Общая характеристика работы. Актуальность работы.

Современное машиностроение развивается в условиях жесткой конкуренции, и развитие идет в направлениях существенного повышения качества продукции; сокращения времени обработки за счет технических усовершенствований; повышения интеллектуальной оснащенности производства. Каждые 10 лет развития науки и техники приводят к усложнению технических объектов в 2 - 3 раза. Поскольку период освоения новых технологических процессов составляет 5 и более лет, и эффективность процессов обработки растет сравнительно медленно, основным резервом повышения экономических показателей машиностроительного производства остается сокращение вспомогательного и подготовительно - заключительного времени. Эта задача в машиностроении решается главным образом путем механизации или автоматизации производственного процесса и совершенствования управления производственным процессом.

Анализируя тенденции развития автоматизации производственных процессов, следует обратить внимание на несколько уровней автоматизации, с различными по сложности задачами:

- локальная автоматизация, т. е. автоматизация отдельных технологических операций или отдельных единиц оборудования на базе узкоспециализированных автоматических регуляторов или универсальных систем; причем сборка, контроль и упаковка готовой продукции осуществляется вручную или с применением «малых» средств механизации;

- автоматизация связанных между собой технологических операций (процессов) или нескольких единиц оборудования (автоматических линий, обрабатывающих центров, транспортно-загрузочных роботов и манипуляторов и др.); при этом обеспечивается автоматическая работа комплексов технологического оборудования с координацией большого числа

локальных систем;

БИБЛИОТЕКА

3 ЯГ&рМ

- автоматизация управления производством, т. е. создание автоматизированных систем планирования и управления производством на базе вычислительной техники; такие системы используют при управлении как технологическими системами, так и коллективами людей, поддерживающих производственный процесс;

- автоматизация проектирования и конструирования новых изделий, технологической подготовки производства и др.

На первых двух уровнях чаще применяют автоматические системы управления. На двух последних уровнях автоматизация осуществляется человеко - машинными системами (автоматизированными системами управления). Это объясняется тем, что с переходом к более высокому уровню автоматизации приходится все большее внимание уделять интеллектуальной, а не физической стороне деятельности человека.

В машиностроении накоплен огромный опыт по разработке и созданию гибких автоматизированных производств. Создание автоматизированного оборудования и автоматизация производственных процессов неизбежно связаны с необходимостью автоматизации управления оборудованием и технологическими процессами. При этом современные системы автоматизации управления становятся все более сложными, многофункциональными и интеллектуальными. Функциональные возможности и характеристики системы управления во многом определяют возможности и характеристики производственной системы в целом.

Современные автоматизированные системы управления оборудованием и производственными процессами являются сложными компьютерными иерархическими системами, их проектирование и эксплуатация представляется комплексной инженерной задачей, для решения которой необходимы объединенные усилия многих квалифицированных инженеров и техников, а также огромные затраты ресурсов. В условиях рыночной экономики многие специалисты ставят под сомнение актуальность создания автоматизированных производств из-за больших экономических

затрат. При создании автоматизированных производств наиболее перспективно использовать существующее оборудование предприятия.

В этой связи возникает актуальная задача создания автоматизированных технологических производств с использованием в их составе оборудования с ручным и механическим управлением. Целью работы является обоснование возможности использования станков и оборудования с ручным механическим управлением в гибком автоматизированном производстве посредством включения их в состав ГПС и управление работой оператора станка диспетчером ГПС, т.е. путем замещения некоторых уровней автоматизации уровнями информатизации.

В соответствии с поставленной целью в работе необходимо было решить следующие задачи:

1. Выбрать метод построения ГПС с использованием оборудования с ручным механическим управлением, а также метод повышения эффективности использования ГПС в условиях изменения номенклатуры и объёма партии выпускаемых изделий.

2. Разработать структурную систему оперативного управления ГПС, имеющую в своем составе оборудование с ручным и механическим управлением.

3. Разработать систему команд и набор сообщений для реализации оперативного управления ГПС с ручными и механическими станками.

4. Разработать алгоритм функционирования распределенной системы оперативного управления ГПС с ручным и механическим оборудованием.

5. Разработать информационную модель системы оперативного управления ГПС для конкретных условий промышленного производства..

Методы исследования.

При исследовании применялись современные информационные технологии, методики разработки, создания и исследования ГПС, научные основы управления ГПС и автоматизированным производством.

Научная новизна заключается:

- в методике создания гибких производственных систем на основе существующего оборудования предприятий, в том числе и обрудования с ручным и механическим управлением.

- в повышении эффективности использования оборудования с ручным механическим управлением за счет его интеграции в информационную систему предприятия.

в адаптации традиционных систем управления к условиям применения ручного и механического оборудования.

Практическая ценность работы заключается в повышении

эффективности производства за счет использования гибких производственных систем при полном или частичном отсутствии дорогостоящего автоматического оборудования. Большое практическое значение имеет модернизация станков с ручным и механическим управлением с использованием средств вычислительной техники, что повышает их производительность в 1,5 - 3 раза и точность обработки на один класс.

Реализация работы.

Отдельные результаты исследований и методические указания использованы при разработке системы управления производственным процессом в ОАО «КАСКАД», а также в учебном процессе кафедры ТМ КЧГТА.

Апробация работы.

Основные материалы работы докладывались и обсуждались па:

1.Заседаниях кафедры «Компьютерные системы управления» МГТУ «СТАНКИН»;

2.3аседаниях кафедры «Технологии машиностроения» и на научно -технической конференции Карачаево - Черкесского государственного технологического института, г. Черкесск, 2002 г.

Публикации.

По теме диссертации опубликованы 4 печатные работы.

Структура и объём работы.

Работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов; изложена на

147 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка,_7

таблиц; список литературы включает 100 наименований.

Основное содержание работы.

Во введении дается общая характеристика работы и обосновывается ее актуальность.

Первая глава посвящена анализу теории и практики развития гибких производственных систем. Большинство созданных гибких

производственных систем оказались неработоспособными либо неэффективными при использовании в современных рыночных условиях с многономенклатурным и мелкосерийным выпуском продукции. Поэтому, прежде чем приступать к проектированию гибких производственных систем для выпуска мелкосерийной и многономенклатурной продукции, необходимо обозначить техническую целесообразность их создания, во избежание крупных материальных затрат.

Проанализированы работы ученых, - И. П. Белякова, М. X. Блехермана, О. Е. Вершинина, В. С. Голосова, В. В. Емельянова, М. Г. Косова, В. А. Кудинова, В. Г. Митрофанова, Ю. В. Подураева, Ю. М. Соломенцева, В. Л. Сосонкина и многих др., - направленные на создание гибких производственных систем, на повышение качества технологического оборудования и технологических процессов, на совершенствование средств автоматизации.

Анализ этих работ позволил рассмотреть существующие проблемы разработки гибких производственных систем, проблемы выбора рационального состава оборудования при разработке и создании автоматизированных производств для выпуска мелкосерийной и многономенклатурной продукции.

Исходя из результатов анализа, было определено направление' исследований, поставлена цель и сформулированы задачи работы, а также обоснована их новизна и практическая значимость.

Во второй главе выполнен анализ станка с ручным и механическим управлением как объекта управления.

Для любой системы управления характерно наличие прямой и обратной связи с объектом управления. Система управления участком может взаимодействовать с объектами лишь одинакового и вполне определенного уровня виртуальности. Между тем, при использовании станков с ручным и механическим управлением в составе ГПС, степень их автоматизации существенно отличается от станков с ЧПУ, гибких производственных модулей и т.д.

В этой связи в работе рассмотрен вопрос перевода станка с ручным механическим управлением с более низкого уровня виртуальности на более высокий, - с целью обеспечения совместимости оборудования с различным уровнем автоматизации.

Станок с ручным механическим управлением назовем физическим объектом; а виртуальным объектом назовем машину, оснащенную средствами автоматизации, информационного обеспечения и управления. Наращивая уровни виртуальности, превращаем машину в такую, которая соответствует эксплуатационным задачам и потребностям пользователя. Под пользователем подразумеваем как оператора, так и систему управления участком. Таким образом, из оборудования участка строим одинаковую по уровню виртуальности систему машин, которая может при этом резко различаться по степени автоматизации.

Процесс превращения физической машины в виртуальную проиллюстрирован на рис.1. Физический объект представляет собой машину первого уровня, которая приспособлена к простым ручным механическим воздействиям со стороны оператора. Автоматические приводы исполнительных и рабочих органов превращают машину в виртуальную второго уровня, в которой возможно автоматическое воспроизведение отдельных простых движений, запускаемых оператором вручную (например, путем нажатия кнопок). Для объекта с ручным управлением (см. рис. 1,а) оператор является неотъемлемой частью виртуальной машины третьего уровня, способной выполнять законченные операции. Если такая машина

Терминал Сетевой интерфейс

Оператор Система ЧПУ (ЦПУ)

Автомагические приводы Автоматические приводы

Объект Объект

а) б)

Терминальная станция

Система ЧПУ Система ЧПУ (ЦПУ)

Автоматический привод Автоматический привод

Объект Объект

В)

Рис. 1. Процесс превращения физической машины в виртуальную

располагает терминалом, имеющим выход в локальную сеть и доставляющим задания оператору, который принимает информацию о событиях на месте, то машина преобразуется в виртуальную четвертого уровня. Эта машина уже вполне пригодна для работы под системой управления участком.

На рис. 1,6 показана машина такого же (четвертого) уровня виртуальности, но располагающая системой числового программного управления или циклового программного управления, встроенной в локальную сеть. Здесь возможен информационный диалог с системой управления участком через сетевой интерфейс и работа без постоянного вмешательства оператора. На рис.1,в приведен сложный автоматизированный комплекс, который тем не менее выглядит перед системой управления участком как единая виртуальная машина четвертого уровня, т. е. это такая же, как две другие на рис.1,а,б. Таким образом, проведя ряд мероприятий по созданию информационной инфраструктуры технологической среды, участок механической обработки с различным по уровню автоматизации оборудованием можно превратить в систему модулей с одинаковым уровнем виртуальности.

В третьей главе разработана схема информационных связей оператора станка с ручным и механическим управлением и диспетчера ГПС (см. рис.2), согласно которой все данные, поступающие от информационного окружения ГПС, сохраняются в общей базе данных, которая обслуживает диспетчера ГПС, системы управления модулями и систему управления станком с ручным и механическим управлением

Определена входная информация от диспетчера ГПС к станку с ручным и механическим управлением, построенная в виде базы данных, где структурной единицей информации является поименованный файл. Разработаны формы предоставления сменного задания и технологического процесса оператору станка с ручным и механическим управлением. Структуры документов «Задание» на выполнение заданных операций на рабочем месте и «Технологический процесс» имеют формы таблиц, которые

Рис. 2. Схема информационных связей между диспетчером ГПС и его информационным окружением: д - данные; к - команды; с - сообщения.

допускают операции добавления, извлечения и объединения столбцов; и содержат следующие данные, необходимые оператору станка с ручным и механическим управлением (на примере зубообрабатывающего станка).

«Задание»

РМ - номер рабочего места;

ДН - день месяца;

МС - номер месяца;

СМ - смена:

ПА - номер партии;

П - число деталей;

КО - кодовый номер операции;

КОИ - код инструмента;

КД - количество деталей

БПН - количество деталей обрабатываемых без переналадки;

КДС - плановое задание на обработку;

ВЫЛ - число обработанных деталей;

ГОДН - количество годных деталей;

ВЗЯТЬ - число деталей взятых со склада;

КО1 - код предыдущей операции;

ГОДН - код состояния партии.

«Технологический процесс» А - шифр детали - это шифр детали, по классификатору конструкторской разработки;

<1, - диаметр вершин зубьев колеса; т - модуль колеса; 7,- число зубьев колеса; Тз - тип зуба;

р - угол наклона зуба в средине зубчатого колеса; Нз - направление зуба;

ИС- исходный контур зубчатого колеса, который указывается согласно ГОСТ;

х - коэффициент смещения исходного контура зубчатого колеса;

т - коэффициент тангенциальной коррекции;

<р - угол делительного конуса;

рх - угол конуса впадин;

СТ- степень точности по ГОСТ 1758-81;

А - полная высота зуба

э, -толщина зуба по хорде в нормальном сечении; к, - измерительная высота до хорды;

- допуск на разность окружных шагов; .$, - толщина зуба по хорде в нормальном сечении; ж, - модуль торцевой;

Предложена методика использования существующих технологических процессов обработки заготовок и деталей путем создания реляционных баз данных, состоящих из двумерных таблиц.

В четвертой главе разработаны принципы реализации системы управления ГПС с ручными и механическими станками. Структура программного обеспечения системы диспетчирования станка с ручным и механическим управлением определяется через ее основные функции - планирование производственного процесса и собственно диспетчеризация. Планирование состоит в выборе и назначении ресурсов (станка, модулей) шагам активных заданий, исходя из состояния ресурсов (их готовности к работе) и наличия необходимого обеспечения в виде инструментов и оснастки. Диспетчирование заключается в управлении доставкой к станку грузоносителей с деталями и инструментом; в передаче грузоносителей в сферу действия станка; в реакции на возмущения в ходе производственного процесса. Разработан алгоритм управления станка с ручным механическим управлением (см. рис.3). Определено множество событий при

функционировании станка с ручным механическим управлением в составе ГПС.

Рис 3. Обобщенный алгоритм функционирования станка

Табл.1.Описание событий при функционировании станка с ручным и механическим управлением в составе ГПС.

№ Сообщение о событии Параметры события

1 2 3

Группа 1. События, определяющие изменение состояния технологического процесса.

1 Активизирован шаг задания Номер задания принят к исполнению

2 Пристаночный накопитель загружен Номер объекта по позиции ГПС; признак объекта

3 Начато выполнение операции Номер объекта; признак объекта («Партия деталей», «Комплект инструмента»)

4 Конец операции Номер объекта; признак объекта («Партия деталей», «Комплект инструмента»); код завершения («Завершена», «Аварийно завершена»); объем брака

5 Готовность пристаночного накопителя к выгрузке Номер объекта; признак объекта

6 Конец выгрузки Номер объекта; признак объекта

7 Есть возможность выполнения следующего шага задания Номер по позиции ГПС

1 2 3

Группа 2. События, характеризующие отклонения технологического процесса.

8 Отказ оборудования Номер по позиции ГПС; код отказа

9 Неисправность устранена Номер по позиции ГПС

10 Неисправность инструмента (конец ресурса). Номер по позиции ГПС; массив кодов инструментов

Группа 3. События, описывающие • информационный интерфейс в системе управления.

10 Получена информация Адрес хранения информации -

И Получен запрос на -информацию Номер по позиции ГПС; параметры, определяющие тип и состав информации • (состав параметров зависит от типа • требуемой информации от структуры базы данных)

Основные выводы и результаты работы:

1.В результате выполненных комплексных исследований сформулированы предложения и получены технические и технологические решения в области автоматизации технологических процессов в машиностроении, заключающие в создании ГПС на базе существующего оборудования предприятий, в том числе оборудования с ручным и механическим управлением.

2. Использование современных средств вычислительной техники позволяет поднять уровень виртуальности ручного оборудования и довести его управление до ранга группового. Подобный переход создает принципиально новые возможности в существующем производстве и позволяет резко

увеличить эффективность использования существующего оборудования без закупок дорогостоящих автоматических станков, складов и транспортных средств.

3. При иерархическом построении структуры ГПС система оперативного управления распределена между двумя уровнями, где верхний уровень управления представлен диспетчером ГПС, а нижний уровень - системами управления отдельных станков с ручным механическим управлением. Программный комплекс диспетчера ГПС независим от особенностей структуры конкретной ГПС, т.е. является инвариантной частью программного обеспечения системы оперативного управления. На верхнем уровне управления применен существующий фонд готовых решений.

4.При дискретно-событийном построении системы оперативного управления ГПС основное содержание управляющего программного комплекса составляют подпрограммы обработки событий, качество алгоритмов которых определяет эффективность функционирования системы оперативного управления.

5.Предложена методика разработки и использования существующих технологических процессов обработки заготовок и деталей способом создания реляционных баз данных состоящих из двухмерных таблиц.

6.Для реализации своих функций системе оперативного управления необходима информационная модель, динамически отображающая состояние ресурсов ГПС и технологических процессов. Модель удобно строить по типу базы данных, которая обеспечивает независимость структуры ГПС и представляет широкие возможности модификации ее структуры.

7.Информационная модель ГПС, построенная по типу базы данных, обеспечивает независимость данных от структуры управления ГПС; представляет широкие возможности манипулирования информацией, хранимой в базе данных; обеспечивает средства описания ГПС различных уровней компоновок.

Список печатных работ

1 Мамбетов А. Д. Свиридков И. В. Математическое описание структуры взаимосвязей металлорежущих станков, как объектов управления. - Материалы научно - технической конференции «Проблемы автоматизации производств и прогрессивных технологий». Ставрополь, СТПИ 1996, с 114116.

2. Свиридков И. В. Повышение эффективности использования машиностроительного оборудования. Сб. научных трудов конференции «Производство. Технологии». Черкесск 2002. с.73-77.

3. Свиридков И. В. Имитационная модель функционирования станочного комплекса. Сб. научных трудов конференции «Математическое моделирование в образовании, науке и производств».

Тирасполь, ПГУ 2003, с. 118-121.

4. Свиридков И. В. Алехнович Н. А. Способы повышения гибкости и производительности ГПС много номенклатурного производства. 2004. (В печати изд. СТИН)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Свиридков Иван Васильевич

Повышение эффективности использования гибких производственных систем за счет введения в их состав универсального оборудования с ручным и механическим управлением

Лицензия на издательскую деятельность ЛР №01741 от 11.05.2000 Подписано в печать 2.04.2004. Формат 60x90 /ц Уч.изд. л. 1,25. Тираж 65 экз. Заказ № 77

Отпечатано в Издательском Центре МГТУ «СТАНКИН» 103055, Москва, Банковский пер., д.3а

Р-8 2 10

СПИСОК ПРНЯТИХ СОКРАЩЕНИЯ.

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО УРОВНЯ РАЗВИТИЯ ГПС.

1.1. Характеристика ГПС.

1.2. Структурное построение и объекты управления в ГПС.

1.3. Структура современных систем оперативного управления ГПС

1.4. Представление о технологическом процессе и особенности его построения в условиях автоматизированного производства.

1.4.1. Классификация технологических процессов.

1.4.2. Особенности проектирования технологических процессов в условиях автоматизированного производства.

1.4.3. Технологический (производственный) процесс как объект управления

1.5. Транспортно-накопительные и погрузочно-разгрузочные системы ГПС.

1.6. Программно - математическое обеспечение оперативного управления ГПС.

1.7. Критерии эффективности создания и использования ГПС.

1.8. Выводы и постановка задач исследования.

Глава 2. АНАЛИЗ СТАНКА С РУЧНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ С ПОЗИЦИИ

ДИСКРЕТНО-СОБЫТИЙНОГО ПОДХОДА.

2.1. Анализ металлорежущего станка с ручным управлением как объекта управления.

2.2. Структура виртуальной модели станка с ручным управлением как основного ресурса ГПС.

2.3. Станок с ручным управлением с позиции дискретно - событийного подхода

2.4. Множество команд и событий для общения оператора станка и диспетчера ГПС.

2.5. Выводы.

Глава 3. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ В

ГПС С РУЧНЫМИ И МЕХАНИЧЕСКИМИ СТАНКАМИ.

3.1. Информационные связи системы диспетчирования ГПС со станком с ручным и механическим управлением.

3.2. Входная информация от системы диспетчирования ГПС к станку с ручным и механическим управлением.

3.2.1. Выбор формы задания.

3.2.2. Структура документа «Задание».

3.2.3. Форма представления плана технологического процесса.

3.3. Алгоритм проверки адекватности расписания ходу производства

3.4. Оперативное управление рабочей позиции станка с ручным и механическим управлением.

3.5. Выводы.

Глава 4. ПРИНЦИПЫ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГПС

С РУЧНЫМИ И МЕХАНИЧЕСКИМИ СТАНКАМИ.

4.1. Управление ручным и механическим оборудованием в составе ГПС.

4.2. Структура программы управления станком.

4.3. Множество событий в системе управления станком с ручным и механическим управлением.

4.4. Алгоритм обработки событий.

4.5. Динамическая информационная модель ГПС со станками с ручным и механическим управлением.

4.6. Выводы.

Повышение производительности труда, качества и технического уровня выпускаемой продукции являются неизменными проблемами любого производства. Наиболее эффективное решение проблем состоит в информатизации и комплексной автоматизации производственной технологической среды.

Современное машиностроительное производство имеет, в основном, характер единичного и мелкосерийного (более 70 - 80% от общего объема [37]). В этих условиях наилучшим способом автоматизации производственных процессов могло бы быть внедрение гибких производственных систем (ГПС).

Опыт создания ГПС показывает, что еще на стадии разработки ГПС и ее системы управления складывается будущая эффективность и качество всей производственной системы.

Гибкая производственная система состоит из автоматизированного оборудования и ряда отдельных подсистем, среди которых центральное место занимает система оперативного управления (СОУ), работающая в реальном масштабе времени. Задачи этой системы связаны с конкретной структурой ГПС, и ее приходится разрабатывать заново в каждом новом проекте. Высокие затраты на выполнение проектных работ обусловлены отсутствием стабильной методики разработки программного обеспечения систем управления.

Автоматизация производства требует больших капитальных затрат и не всегда экономически оправдана, поэтому ее осуществляют поэтапно и там, где это необходимо. Для современного машиностроительного производства характерны участки, имеющие разнообразное по составу оборудование с различным уровнем автоматизации, в том числе и оборудование" с ручным механическим управлением. Проблема организации управления материальными потоками и оборудованием с различным уровнем автоматизации на таких производственных участках разработана слабо.

В этой связи актуальны задачи создания ГПС с различным по уровню автоматизации оборудованием и создания программного обеспечения такой системы оперативного управления материальными потоками, которая бы адаптировалась к конкретной архитектуре ГПС или иных автоматизированных участков. Решение задач предполагает создание ГПС с оборудованием различной степени автоматизации, в том числе и оборудованием с ручным механическим управлением; что обеспечивает сокращение сроков создания ГПС и стоимости проектных работ. Структура создания ГПС и системы оперативного управления должна предполагать организацию управления производства с различным по уровню автоматизации оборудования, в том числе и с ручным управлением.

В настоящей работе решаются задачи повышения эффективности создания ГПС и уменьшения ее стоимости за счет введения в ее состав станков с ручным механическим управлением.

Работа имеет следующую структуру. В первой главе проведен анализ разработки ГПС как основного объекта управления; проанализированы основные проблемы ее создания и создания программного обеспечения системы управления на уровне современных представлений. Определены задачи исследования, заключающиеся в создании ГПС, имеющих в своем составе станки с ручным механическим управлением; в разработке инвариантных алгоритмов функционирования системы оперативного управления; в разработке программного комплекса оперативного управления ГПС.

Во второй главе проведен анализ станка с ручным механическим управлением с позиции дискретно - событийного подхода для разработки системы оперативного управления ГПС.

В третей главе рассмотрена организация информационного обмена в системе оперативного управления ГПС, построенной на основе дискретно событийных условий подхода к оборудованию с ручным механическим управлением. Определен состав входного и выходного информационных потоков системы управления, проанализирована форма представления входной информации, предложен алгоритм проверки адекватности расписания ходу производства, определено множество команд и сообщений для диспетчирования ГПС.

В четвертой главе рассмотрены принципы управления оборудованием с ручным механическим управлением. Определена структура программы управления станком; описано множество событий в системе управления станком; разработан алгоритм обработки событий; описана динамическая имитационная модель ГПС со станками с ручным механическим управлением.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Получены технические и технологические решения в области автоматизации технологических процессов в машиностроении, позволяющие разрабатывать ГПС на базе существующего оборудования предприятий, в том числе и оборудования с ручным управлением.

2. Использование современных средств вычислительной техники позволяет станки с ручным механическим управлением перевести в ранг оборудования с групповым управлением и приводит к более высокому уровню виртуальности оборудования. Этот переход удовлетворяет современным возможностям производства и позволяет резко увеличить эффективность использования станков с ручным механическим управлением.

3. При иерархическом построении ГПС система оперативного управления распределена между двумя уровнями, где верхний уровень управления представлен диспетчером ГПС, а нижний уровень — системами управления станков с ручным механическим управлением. Программный комплекс диспетчера ГПС независим от особенностей структуры конкретной ГПС, т.е. является инвариантной частью программного обеспечения системы оперативного управления. На нижнем уровне управления рекомендован некоторый фонд готовых решений.

4. При дискретно-событийном построении системы управления станков с ручным управлением основное содержание управляющего программного комплекса составляют подпрограммы обработки событий, качество алгоритмов которых определяет эффективность функционирования системы управления.

5. Для реализации своих функций системе оперативного управления ГПС с ручным оборудованием необходима информационная модель, динамически отображающая состояние ресурсов и технологических процессов. Модель удобно строить по типу базы данных, которая обеспечивает инвариантность структуры системы управления и представляет широкие возможности модификации структуры.

6. Информационная модель ГПС с ручным оборудованием, построенная по типу базы данных, обеспечивает независимость данных от структуры управления, представляет широкие возможности манипулирования информацией, хранимой в базе данных; обеспечивает средства описания различных уровней и компоновок ГПС с ручным оборудованием.

1. Автоматизация проектирования вычислительных систем. Языки, моделирование и базы данных. Под ред. М. Брейера. М.: Мир, 1979. - 464 с.

2. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении/ Ю. М. Соломенцев, В. Г. Митрофанов, А. Ф. Прохоров и др.; Под общ. ред. Ю. М. Соломенцева, В. Г. Митрофанова. — М.: Машиностроение, 1986. 356 с.

3. Автоматизация машиностроения: Учеб. для втузов /Н.М. Капустин, Н. П. Дьяконова, П. М. Кузнецов; Под ред. Н. М. Капустина. М,: Высш. шк., 2002. - 223 с.

4. Адаптивное управление технологическими процессами /Ю. М. Соломенцев, В. Г. Митрофанов, С.П. Протопопов и др. — М.: Машиностроение, 1980.-536 с.

5. Белякова И. П., Домарацкий А. Н., Шереметов Л. Б., Комплекс программно-аппаратных средств исследования, модернизации и управления ГПС. Препринт ЛИИАН № 93, Л.: 1989. 26 с.

6. Бирюков В. В., Митрофанов В. Г., Петров В. М. Концепция создания компьютеризированных интегрированных производств/ / Станки и инструмент. 1988. - № 8. - с. 8-9.

7. Блехерман М. X. Гибкие производственные системы: организационно-экономические аспекты. — М.: Экономика, 1988. 221 с.

8. Блехерман М. X. Организация производственного процесса в ГПС/ / Станки и инструмент. — 1986. № 10. - с. 5-8.

9. Блехерман М. X. Марголин М. Д., Чистяков В. М. Особенности организационно-технологического управления ГПС при использовании многовариантных технологических процессов/ / Станки и инструмент. — 1986.-№2.-с. 6-9.

10. Ю.Бойченко Е. В., Кальфа В., Овчинников В. В. Локальные вычислительные сети. М.: Радио и связь, 1985. 304 с.

11. Варшавский В. И., Поспелов Д. А. Оркестр играет без дирижера: размышления об эволюции некоторых технологических систем и управления ими. М.: Наука, 1984. - 208 с.

12. З.Вершинин О. Е. Применение микропроцессоров для автоматизации технологических процессов. Л. : Энергоатомиздат, 1986. - 208 с.

13. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. М.: Мир, 1989. - 360 с.

14. Вороненко В. П., Схертладзе А. Г., Брюханов В. Н. Машиностроительное производство -М.: Высшая школа, 2001 — 303 с.

15. Ги К. Введение в локальные вычислительные сети. М.: Радио и связь, 1986.- 176 с.

16. Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робото-технические комплексы. В 14 кн. Кн. 8. А. М. Берман, В. М. Олевский, Е. В. Судов. Управление ГПС и РТК. Практич. пособие / Под ред. Б. И. Черпакова. М.: Высшая школа, 1989. — 96 с.

17. Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робото-технические комплексы. В 14 кн. Кн. 11. В. А. Васильев. Перспективы развития ГПС: Практич. пособие / Под ред. Б. И. Черпакова. М.: Высшая школа, 1989. - 111 с.

18. Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робото-технические комплексы. В 14 кн. Кн. 12. М. X. Блехерман. Оперативно-производственное планирование ГПС/ Под ред. Б. И. Черпакова. — М.: Высшая школа, 1989. 95 с.

19. Гибкое автоматическое производство/ В. О. Азбель, В. А. Егоров, А. Ю. Звоницкий и др.; Под общ. ред. С. А. Майорова, Г. В. Орловского, С. Н. Халкиопова. JI.: Машиностроение, 1985. - 454 с.

20. Голосов В. С. Обеспечение устойчивости производственного процесса в ГПС/ / Проблемы автоматизации проектирования и изготовления в машиностроении: Межвуз. сб. н. тр. (Под ред. Ю. М. Соломенцева). -М.: Мосстанкин, 1986.-е. 17-23.

21. Горнев В. Ф., Емельянов В. В., Овсянников М. В. Оперативное управление ГПС. М. : Машиностроение, 1990. — 256 с.

22. Грувер М., Зиммерс Э. САПР и автоматизация производства. М.: Мир, 1987.-528 с.

23. Евсеев О. В., Деткин А. Н. Настройка продукционной системы управления ГПС на предметную область/ / Автоматизация, роботизация, интеллектуализация производства: Межвуз. сб. (Под ред. В. А. Кравченко). М.: МИЭМ, 1987. с. 17-28.

24. Игнатьев М. Б., Марьяновский С. М. Оперативное управление гибкими производственными системами/ / ЭВМ в проектировании и производстве: Сб. статей. JI. : Машиностроение, 1987. - Вып. 3. — с. 53-66.

25. Кнйленгерт П. Элементы операционных систем. М.: Мир 1985. 295 с.

26. Кейслер С. Проектирование операционных систем для малых ЭВМ. — М.: Мир, 1986.-680 с.

27. Кирюхин В. М., Зайцев К. С. Операционное управление в гибких производственных системах. М.: МИФИ, 1986. — 92 с.

28. Конюх А. И. Современные тенденции создания гибких производственных систем по материалам всемирной выставки металлообрабатывающего оборудования. Париж 1983// Механизация и автоматизация производства. 1984. - № 9. - с. 41-44.

29. Конвей Р. В., Максвелл В. Д., Миллер JI. В. Теория расписаний. — М.: Наука, 1975.-360 с.

30. Криницкий В. Н., Криницкий Н. А. Исследование коллективов программ/ / Программирование. — 1983. -№3.-с. 3-15.

31. Кукарин А. Б., Пуховский Е. С. Имитационная модель транспортной системы ГПС/ / Тезисы докладов IV Всесоюзн. Совещания по робото-техническим системам. Киев: Ин-т кибернетики АН УССР, 1987. — Ч. 1. — с. 165-166.

32. Лейнов М. л., Мельников О. М., Цейтлин М. 3. Вопросы планирования и диспетчирования в системах управления ГПС/ / Мат. курсов «Эксплуатация автоматизированных участков из многоцелевых станков и роботов, управляемых от ЭВМ». — М., 1986. — с. 21-26.

33. Лукас В. А. Основы фази-управления.: Учеб. пособие. — Екатеренбург:

34. V Изд-во УГТГА, 2000. — 62 с.

35. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. — М.: Мир, 1980.-662 с.

36. Марьяновский С. М. Синтез алгоритма диспетчирования ГАП/ / Все-союз. совещ.-семинар «Гибкие автоматизированные системы». Тезисы докладов. Л.: ЛИАП, 1984. 4.2. - с. 25.

37. Меткин Н. П., Лапин М. С., Клейменов С. А., Критский В. М. Гибкие производственные системы. — М. : Изд-во стандартов, 1989. — 312 с.

38. Мизин И. А., Богатырев В. А., Кулешов А. П. Сети коммутации пакетов/ Под ред. В. С. Семехина. — М. : Радио и связь, 1986. — 408 с.

39. Мясников В. А., Игнатьев М. Б., Покровский А. М. Программное управление оборудованием. — Л.: Машиностроение, 1984. — 427 с.

40. Основы автоматизации и управления технологическими порцессами в машиностроении /В. Ц. Зориктуев, Н. В. Буткин, А. Г. Схиртладзе и др.: Уфа: изд. УГАТУ, 2000, 405 с.

41. Павлов В. А. Комплекс программ диспетчирования гибких производственных систем// Механизация и автоматизация производства. — 1987. -№7.-с. 27-28.

42. Петровская Е. И., Фетисов В. А. Автоматизация гибких дискретных систем. Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1989. - 160 с.

43. Петров В. А., Масленников А. Н., Осипов Л. А. Планирование гибких производственных систем. Л.: Машиностроение, 1985. - 182 с.

44. Подвальный С. Л., Бурковский В. Л. Имитационное управление технологическими объектами с гибкой структурой. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1988.- 167 с.

45. Поспелов Д. А. Ситуационное управление: Теория и практика. М.: Наука, 1986.-288 с.

46. Прицкер А. Введение в имитационное моделирование и язык СЛАМ2. М. :Мир, 1987.-646 с.

47. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. В 9-ти кн. Кн. 7. Гибкие автоматизированные производства в отраслях промышленности/ И. М. Макаров, П. Н. Белянин, Л. В. Лобиков и др.; Под ред. И. М. Макарова. — М. : Высшая школа, 1986. — 176 с.

48. Соломенцев Ю. В. и др. Системное проектирование ИАСУ ГПС машиностроения/ Под общ. ред. Ю. М. Соломенцева. — М.: Машиностроение, 1988.-488 с.

49. Соломенцев Ю. В., Сосонкин В. Л. Управление гибкими производственными системами. М.: Машиностроение, 1988. — 352 с.

50. Сосонкин В. Л. Концепция управления участком механообработки с различным по уровню автоматизации оборудованием/ / Вестник машиностроения. 1991. -№ 9. - с. 28-30.

51. Сосонкин В. Л. Микропроцессорные системы числового программного управления станками. М.: Машиностроение, 1985. — 288 с.

52. Сосонкин В. Л., Колотилин Е. Е., Копыленко Ю. В. Язык информационного общения в каналах связи ГПС. М.: Мосстанкин, 1987. — 41 с.

53. Сосонкин В. Л. Типовые решения при управлении гибким производством// Станки и инструмент. 1988. -№ 8. с. 10-12.

54. Сосонкин В. Л., Самородских л. Б. Построение информационных моделей ГПС/ / Станки и инструмент. — 1989. № 5. с. 5-8.

55. Сосонкин В. Л., Скорняков В. П. Модель технологического процесса как объекта управления в ГПС/ / Станки и инструмент. 1987. — № 5. с. 5-7.

56. Сосонкин В. Л., Скорняков В. П., Чуйкова Е. Н. Обработка событий в системе оперативного управления в ГПС/ / Станки и инструмент. -1990.-№ I.e. 4-7.

57. Сосонкин В. Л., Чекин С. П., Ковтунов А. В. Модель протоколов в локальной вычислительно-управляющей сети СТАНСЕТ, предназначенной для ГПС/ / Приборы и системы управления. — 1990. № 8. - с. 711.

58. Сосонкин В. Л., Чуйкова Е. Н. Принципы построения и система программного обеспечения системы оперативного управления ГПС/ / Механизация и автоматизация производства.- 1991. № 11. — с. 16-20.

59. Спиридонов А. М., Гусихин О. Ю. Программное макетирование ситуационной системы управления гибким автоматизированным участком/ / Проблемы интегральной автоматизации производства. — Л.: Наука. 1988.-с. 27-33.

60. Схиртладзе А. Г., Воронов В. Н., Короткое И. А. Автоматизация производственных процессов в машиностроении. В 2-х томах — М.: изд. Славянская школа, 2002. Т.1 277 е., Т.2 - 403 с.

61. Схиртладзе А. Г., Новиков В. Ю., Тимирязев В. А. и др. Технология автоматизированного машиностроения Тирасполь.: изд. ПГУ. 2002. -356 с.

62. Теория автоматического управления: Учебник для машиностроительных спец. вузов / В. Н. Брюханов, М. Г. Косов, С. П. Протопопов и др.; Под ред. Ю. М. Соломенцева. М.: Высшая школа, 1999. - 268 с.

63. Теория расписаний и вычислительные машины/ / Под ред. Э. Кофмана.- М. : Финансы и статистика, 1984. — 334 с.

64. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных: В 2-х кн. Кн. 1. М.: Мир, 1985. - 287 с.

65. Ульман Дж. Основы систем баз данных. М. : Финансы и статистика, 1983.-336 с.

66. Управление ГПС. Модели и алгоритмы/ Под общ. ред. С. В. Емельянова. — М. : Машиностроение, 1987. — 368 с.

67. Хаббард Дж. Автоматизированное проектирование баз данных. — М.: Мир, 1984.-196 с.

68. Хартли Дж. ГПС в действии. М. : Машиностроение, 1987. - 328 с.

69. Хвощ С. Т. и др. Микропроцессоры и микро-ЭВМ в системах автоматического управления: Справочник/ С. Т. Хвощ, Н. Н. Варлинский, Е. А. Попов; Под общ. ред. С. Т. Хвоща. Л.: Машиностроение, 1987. — 640 с.

70. Цукерман Б. К. Обработка данных в ГАП/ / Вестник машиностроения.- 1985.-№4.-с. 47-48.

71. Шереметов Л. Б. Событийный подход к построению имитационной модели ГПС/ / Системный подход к исследованию и проектированию сложных объектов. — Л., 1989. с. 97-117.

72. Чудаков А. Д., Фалевич Б. Я. Автоматизированное оперативнокален-дарное планирования в гибких комплексах механообработки. М. : Машиностроение, 1986. — 223 с.

73. Шоу А. Логическое проектирование операционных систем. — М. : Мир, 1981.-360 с.

74. Arai J., Hata S., Imakubo Т., Kikuchi K. Production Control System of Microcomputers Hierarchical Structure FOR FMS/ / Proc. of the 1 st Int. conf. on FMS. Brighton, 1982. Bedford, 1982. - p. 259-268.

75. Bennet M., Heimes S. The Use of Hierarchical Networks of Computers in Totally Integrated FMS Systems/ / European advanced Manufacturing Systems ( exhibitions and conference ). Febr. 1988. Italy, - p. 243-255.

76. Biemans F. P., Vissers C. A. Reference Model for Manufacturing Planning and Control Systems// Journal of Manufacturing Systems. 1989. - Vol. 8. -№ 1.-p. 35-46.

77. Bonfioli M., Garetti M., Pozzetti A. Production Scheduling and Operational Control of Flexible Manufacturing Systems/ / Robotica. 1985. — Vol. 3. -p. 233-243.

78. Brandolese A., Garetti M. FMS Control Systems: Design Criteria and Performance Analysis/ / Proc. Of the 2nd Int. conf. on FMS, 26-28 Oct. 1983.-London, UK, 1983. Vol. 2. - p. 365-381.

79. Buckley J., Chan A., Graefe U., Neelamkavil J., Serrer M., Thomson V. An integrated production planning and scheduling system for manufacturing plants/ / Robotics & Computers Integrated Manufacturing. 1988. Vol. 4. -№ Ул. p. 517-523.

80. Buzacott J. A. The fundamental principls of flexibility in manufacturing systems/ / Proc. Of the 1st Int. conf. on FMS. Brighton, 1982. Bedford, 1982.-p. 13-22.

81. Co H. C., Jaw T. J., Chen S. K. Sequencing in Flexible Manufacturing Systems and Other Short Queue-length Systems// Journal of Manufacturing Systems. 1988. - Vol. 7. - № 1. - p. 1-9.

82. Das. D., Dowsland W. B. A model to examine the effect of loading conditions on scheduling rules in a job shop environment/ / Int. J. prod. Res. -1981.-Vol. 19. №5.-p. 577-587.

83. De Luca A. Optimal production planning for FMS: An "optimum batching" algorithm/ / Proc. of the 3rd Int. conf. on FMS and 17th Annual IPA Conf.,11.13 Sept. 1984. Bedford: IFS ( Publ. ) Ltd., Amsterdam: North-Holland, 1984.-p. 323-332.

84. Gaspart P. Flexible and Decentralized Control of a Machining Shop/ / Proc. of the 1st Int. Conf. on FMS. Brighton, 1982. Bedford, 1982. - p. 379-388.

85. Maimon O. Real-time Operations Control of Flexible Manufacturing Systems/ / Journal of Manufacturing Systems. 1987. Vol. 6. - № 2. — p. 125136.

86. NakamuraN., Shingu T. Scheduling of Flexible Manufacturing Systems// Toward the Factory of the Future: Proc. 8th Int. conf. on prod. res. and 5th

87. Working conf. on the FHG-IAO, Stuttgart, 1985. Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo: Springer-Verlag, 1985.-p. 147-152.

88. O'Grady P. J., Menon U. Loading a flexible manufacturing systems/ / Int. J. Prod. res. 1987. - Vol. 25. - № 7. - p. 1053-1068.

89. Panwalker S. S., Iskander W. A Survey of Scheduling Rules/ / Operations Research. 1977. - Vol. 25. - № 1. - p. 45-61.

90. Ranky P. G. Integrated Software for designing and analyzing FMS/ / Proc. 3rd int. conf. on FMS and 17th Annual IPA Conf., 11-13 Sept. 1984, Boeblingen, W. Germany. Bedford: IFS ( Publ. ) Ltd., Amsterdam: North Holland, 1984.-p. 361-378.

91. Stecke К. E., Solberg J. J. Loading and Control Policies for a Flexible Manufacturing Systems/ / Int. J. Prod. res. 1981. - Vol. 19. - № 5. - p. 481-490.

92. Wu S. D./ Wysk R. A. Multi-pass Expert Control System A Control/ Scheduling Structure for Flexible Manufacturing Cells/ / Journal of Manufacturing Systems. - 1988. - Vol. 7. - № 2. - p. 107-120.

93. Zhou Ch., Egbelu P. J. Scheduling in Manufacturing Shop with sequence-Dependent Setups/ / Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 1989. - Vol. 5. - № 1. - p. 77-81.