автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.04, диссертация на тему:Синтез локально-организованной гибкой автоматизированной системы монтажа, контроля и испытаний электротехнического оборудования самолетов

Самарский авиационный институт имени академика С. П. Королева

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз.

Инв. _

КОРНЕВ Евгений Петрович

СИНТЕЗ ЛОКАЛЬНО-ОРГАНИЗОВАННОЙ ГИБКОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МОНТАЖА, КОНТРОЛЯ И ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ САМОЛЕТОВ

Специальность: 05.07.04 — Технология производства

летательных аппаратов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

/ * Самара, 1992

Работа выполнена в Самарском авиационном институте имени академика С. П. Королева и в Государственном авиационном предприятии г. Самары.

Научный руководитель — доктор технических наук, доцент

КОПТЕВ А. Н.

Официальные оппоненты —

доктор технических наук, ОРЛОВ в. н. кандидат технических наук, доцент ПЕТРОВ Е. Н.

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

авиационной технологии и организации производства (НИАТ)

Защита диссертации состоится —1дд2 г. в_час, в аудитории_на заседании специа-

лизированного Совета Д0638701 Самарского авиационного института имени академика С. П. Королева по адресу: 443086, г. Самара, 86. Московское шоссе, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке САИ. Диссертация в форме научного доклада разослана

, ¿У,

Ученый секретарь специализированного Совета к. т. н., доцент

В. П. РЖЕВСКИЙ

ОБ'ДЛЯ ШШЖГСТИКл РАБОТЫ

Актуальность' работа.2 современном авиационном производстве вое большее вни;,:ачле уделяют вопросам системного подхода к технологическим процессам в суздествущнх или создаваемых системах,обеспечива-эдих целесообразное, в сшсле устойчивости,стабильности и точности этих процессов, гибкой реакции на поток изменений конструкций и схем агрегатов самолетов, поведете системы в целом.

Одной из актуальных проблем производства самолетов является проблема обеспечения стабильности параметров,надежности и ресурса работы комплекса бортового оборудования, (Вушадошрузчего 5 достаточно яестких условиях к подверженного непрерывной модернизации в процессе его производства. Решение вознинаащих при этом задач во .многом определяется степень» автоматизации всех кошонент производства этого оборудования. При этом развитие автоматизации, обеспечивающей в современных условиях надежность технология, т.е. качественно новые этапы повышения эксплуатационной устойчивости технологических процессов производства оборудования, осуществляется за счет передачи функций человеческого труда различным технически системам, построенным с применением персональных ЭВМ, вдей искусственного интеллекта,реализуемых как локально-организованные гибкие автоматизированные произвол- ■ ственные систеш.

Настоящая работа посвящена синтезу локально-организованно- гибкой автоматизированной систеш монтажа, контроля и испытаний электротехнического оборудования самолетов(ЭТОС , в которой каздая подсистема обладает своей априорно выбираемой целью функционирования и действует на основе лишь локальной информации о системе в целой.

В диссертации разрабатываются теоретический и технический аспекты совершенствования технологического способа производства. Основные усилия были направлены на синтез наиболее адекватной технологической системы из имеющегося набора вариантов.

Как показывает практика, обычно не составляет труда указать индивидуальную цель и локальную информации, провести соответствующий анализ и выбрать наилучший алгоритм поведения технологической система при отсутствии помех, т.е. в стационарном решите функционирования. .

Однако в случае динамического рекима работы технологической систеш,т.е. в условиях помех (доработки систем бортевого оборудования, замена комплекса оборудования и т.п.), анализ фупкцаонп-

роваяия этой системы как совокупного результата действий ее подсистем по алгоритмам стэцпонаркого реглма неприемлем. В этом случае необходим анализ функционирования технологической системы по максимуму, что требует построения подходящего алгоритма функционирования подсистем с учетом характера 12с взаимодействуя в рамках этой системы, что в свою очередь, требует для описания локально-организованной технологической с::сте;,!ы несколько классов математических моделей. Такой набор, т.е. система математических моделей для неоднородных систем, к которым относится а современное производство электротехнического оборудования самолетов, отсутствует.

Иэль работы.Основной це."х> диссертации является разработка -гибкой технологической системы производства ЭТОС, ее математического обеспечения , создание методик и алгоритмов анализа динамического функционирования локально-органкзовашшх гибких автоматизированных производственных систем, технической реализации подсистем, внедрение созданной систеш мата:ат:гческих моделей и подсистем в локально-управляемую технологическую систему производства электротехнического оборудования, обеспечивающую гибкость и динамичность этого производства, эффективность и качество монтажно-испытательных работ.

Методы исследований.Теоретические. включающие разработку математических моделей локально-управляемой гибкой технологической системы, базировались ка тензорной методологии Г.Крона, теории расписаний, логических методах анализа и синтеза систем; экспериментальные - на прошыленной реализации этих моделей в виде технологических подсистем, их отработки в условиях производства ЭТОС.

Научная новизна работы" состоит в следующем: I. На основании исследований закономерностей технологических процессов монтала, контроля и испытании электротехнического оборудования разработана математическая модель производства ЭТОС, пред-ставл лэдая структуру этого производства и цротекавдие в этой структуре технологические процессы преобразования материалов и готовых . изделий в объекты ЭТОС.

2. Исслэчовакы алгоритмы оптигального распределения произволен веннше заданий с целью обеспечения минимального времени завершения ' технологического цикла изготовления комплекта ЭТОС.

3. Поставлены и решены задачи оптимального распределения техно- " логических ресурсов по ссэданию объектов электротехнического оборудования самолетов с учетом обеспечения минимального времени завершения всего множества работ по сборке, монтажу, контролю и испытаниям этого оборудования.

Практическая ценность работа. Выполненная работа характеризует- , ся тем, чз7о поставленные и решенные при локальном подходе задает пояска характеристик взаимодействия компонент электротехнического производства самолетостроительных предприятий, гарантирующих устойчивость технологического управления и его гибкость, позволили:

1. Используя свойство локальности, вытекающее из особенностей производства электротехнического оборудования, разработать на базе современных ПЭВМ локально-организованные подсистемы автоматизации проектирования технологических процессов монтажа, контроля к испытаний, автоматизированного управления я контроля технологическими процессами этого производства.

2. Разработать комплект документация на типовые технологические операция контака' к создать баз у данных системы автоматизации проеютгроватая технологических процессов (САЕР-ТП) "МОНГАЕ".

3. Проектировать технологические процессы монтока," контроля и испытаний электротехнического оборудования самолета Ту-154 к его модификаций с помощью САЕР-ТП "ШсГШ" я "ПРОГРАММ КОНТРОЛЯ".

4. Создать оригинальное технологическое оснащение опытно-промышленного и сорнйного производства для контроля и испытаний электротехнического оборудования самолетов.

5. Предложить и внедрить структуру автоматизированной подсистемы управления технологическими процессами производства ЗТОС.

Внедрение результатов "работы. I. Вперзне в отрасли в Государственном авиационном предприятии г. Са\5арн создана и используется локально-организованная гибкая автоматизированная технологическая система монтажа, контроля и испытаний электротехнического оборудования самолетов с высоким уровнем автоматизации всех этапов подготовки и собственно производства зтого оборудования.

2. Внедрена локальная база данннх объектов электротехнического производства, являющаяся основой автоматизации проектирования и коррекции технологических процессов Изготовления остеитов электротехнического оборудования самолетов, которая применяется при разработке технологических процессов монтажа, контроля и испытаний этого оборудования.

3. Созданы я внедрены системы автоме :изацпи проектирования технологических процессов всех этапов производства ЭТОС.

4. Внедрен программный комплекс автоматизации технологического управления с учетом оптимального распределения технологических •ресурсов производства. • •

5. Ка базе современных касро-ЭВл и ПЗВ1Д созданы и внедрены технологическое оснащение г.онтака и гсхнологячэскле схстегш третьего поколения автоматического контроля ЗГОС.

6. Внедрена локальная сеть ПЭВМ для оперативного ревения технологически: задач производства ЭТОС.

7. ООцзЯ эконо:отескай э-Т^ект от ваедрения результатов работы в производство Государственного авиационного предприятия г.Салары со-стаздгет 375 тыс. рублей.

Аттробацпч ■р.'дбота.Резудьтагн работа докладашись: на отраслевое о»г,старо "Состояние и персяеигюзк развития: производства шишатязяро-вакного технологического оборудования для контроля испытании бортовых систем" ,1{уйбкл;ез,1Э8бг.; на ;,:екотр£олезш; конферекц>;и"Проблеш комплексной азгодаигазацш &щидонадьшх иошгганий изделий з шшюоцюений", Иоспя» Д9С8г.; на кег^отраслевск научно-техшгческои се!;Шнарз"Лв?о;датиза-цкя отработки а исаЕханаЙ систем азтоаатикк с дда^ровш обменом шформа-ди^" .¡иоскза-Кз^бкшзв ,1920г.; на Первой Всесоюзной школе'Члатскаткчесхое • шделцрозгааив в иащякосгрсэтз!",г.Куйбьыев ,1590 г.

Яубкиказии. По теш диссертации опубликовано 7 статей .изданы 2 Руководящее теюагческнс гаторкала отрасли. Перечень публикаций по материала;.* работ прилагается.

ОСНОВНОЕ С0Д£ЖАШ1Е РАБОТЫ

I. Пути повышения эффективности и совергюнствования технологи;: электротехнического производства авиацкотшх предприятий

Электротехническое оборудование самолетов (ЭТОС) .шагочащее сксте-ш электрических сэязеа, ктути проводов .устройства автоматики,распределительные устройства, пульты управления всех членов экипажа, является основой ко>.шлех4си)овакая к играет существенную роль в улучшения дошаик-ческшс и экономических качеств самолета, оказывает огрошое влияние яа аадегсяость йуягщйонхровашгя всего комплекса оборудования л самолету в целом. ■ .

Производство этого оборудования отличается разнообразием технологических процессов, болыаЕл объемом сборочио-моктааеных работ и контрольно-испытательных операций,частой, практически непрерывной, доработкой ваиускаег.ш: изделий ЗТОС, т.е. модернизацией их в процессе производства, а значит необходимостью коррекции существующих и освоения новнх технологических процессов.

В этих уелошях возникла необходимость обеспечения максивяаль-кок гибкости ¡1 динамичности производства ЭТОС, обеспечивающее не только бнетрое освоение новых устройств и енотом этого оборудова-

пня, но л поддерживающее высокое их качество а надежность.

Анализ лроблеш показал, что_она является комплексной':! затрагивает все вопроси совершенствования технологического способа производства, которые включают качественно новые эталы передачи функций человеческого труда различным техническая система", т.е. изменения типа связи мегздг человеком и техникой. Это, црезде всего, вопросы разработки методов математического моделирования, совершенствование технологии монтака автоматизации: технологических процессов, совершенствование методов и систем технологической диагностики, упорядоченности структуры, информативности отдельных звеньев и всей системы производства ЭТОС в целом.

Больной вклад в разработку этой проблемы для производства ЭТОС внесли А.Н.Гаврилов, П.К.Буловский, В.В.Пазлов, А.Н.Коптез, А.А.Миненков и другие. Однако до настоящего времени вопросы совершенствования организации, упорядоченности структуры, исследований по математическому моделированию всех этапов производства ЭТОС изучены недостаточно, следствием чего является разрыв мезду достигнутым уровнем автоматизации технологических 'процессов и отдельных этапов производства и ограниченными возможностями человека как информационно-управляющего аппарата. Значительный вклад в разработку теории проблем синтеза оптимальных систем внесли Д.Л.Поспелов, О.Г.Алексеев, В.С.Михаяевич, H.H. Моисеев, Ы.С.Канадаев и др. Однако проводимые ранее исследования в основном касалась общих подходов. Вопросы синтеза человеконаполненного производства, к которому относится и производство ЭТОС, изучен недостаточно. С учетом изложенного в настоящей работе для до с тине кия поставленной цели ставились и решались следующие задачи:

- построить модель производства ЭТОС;

- разработать алгоритм оптимального распределения множества решаемых производством ЭТОС технологических задач монтажа, контроля и испытаний мезду основными подразделениями;

- исследовать задачу оптимального распределения технологических ресурсов производства ЭТОС;

- разработать программный комплекс для реиения зада*» оптимизации технологических процессов в производства ЭТОС.

- синтезировать и внедрить структуру локально-организованной гибкой автоматизированной системы монтажа, контроля и испытаний ЗТОС. '

- разработать и внедрить технологическое оснащение и технологические системы монтажа, контроля и испытаний ЭТОС для реализации .предложенной структуры ГАЛС. л

2. Разработка математической модели производства ЭТОС

Все расширяющаяся тенденция ког.шлексирования и многофункциональности бортовых самолетных систем, з частности ЭТО, частая модернизация этих систем в процессе производства привели к росту сложности этих систем к породила проблему повышения эффективности производства ЭТОС. Решение возникающих при этой проблем во многом определяется степенью централизации управления • технологическими компонента*,с; системы производства ЭТОС з ходе ее функционирования, Лй. базе разработанных ранее представлений о технологических процессах мэнтат.а, контроля н испытаний (Коптев А.II., Тюхткн П.С., аинен-ков Л.А. и др.), составяящих основу производста ЭТОС настоящий раздел работы посвящен локально-организованной технологической системе производства этого оборудования, в которой какдая подсистема ОС гадает своей априорно выбираемой целью функционирования и действует на основе лишь ограниченной локальной информации о системе производства в целом. Из-за стремительного роста номенклатуры изделий ЭТОС, значительной сложности технологии их изготовления, увеличения трудоемкости контрольно-испытательных работ, соглашения сроков на технологическую подготовку производства, уменьшения притока рабочей силы, высокой дан&мпкл производства трудно предвидеть последствия тех им иных изменений, а такке невозможно оптимизировать работу производственной системы и ее компонент без глубокого изучении поведения этой системы, по результатам которого можно было бы осуществить выбор наиболее адекватной системы из имеющегося набора вариантоз. Как правило, критерия?.® выбора варианта могут быть такие соображения кале целесообразность, живучесть, открытость, устойчивость .эластичность к-другие, что представляет значительные трудности при синтезе производственной системы.

Глазная проблема в разрешении эпос трудностей заключается в том, что необходимо разработать единый способ представлена и описания производственной системы.

С филососГдакой точки зрения могло видеть, что во всех системах в том или ином виде происходят процессы преобразования материи, причем эти процессы происходят и повторяются многократно в различных частях системы. Далее примем во внимание, что производственная система состоит из многих компонент, соединенных друг с другом. Соединения, связи могут быть, различны по типу, сложности, количеству. Таким образом можно сказать, что в производственных системах процессы образуют структуру. Соединения,последовательности компонент .

образуют путл б структуре.

В работе для поддержки философской точка зрения используется аппарат тензорного анализа сетей Г.Крона, исследованного в нри.те-ненни к задачам контача, контроля и испытанна в работах А.К.Коптева и его учеников.

Во-первых, используемый математический аппарат дает четкое представление о преобразованиях з электрических и других сетях с общих позиции, зо-эторых, этот аппарат, в интерпретации А Л. Коптева,' с максимально необходимой точностью озшсыэаег технологические процессы соединения готовых изделий э устройстза и систе:.ы бортового оборудования, что является необходима и достаточны:.! условием решения поставленной з работе задач:: - задачи преобразования любого набора готовых изделий в ЭТОС с задашгли конструкторской к технологической документацией свойства^:, в-трэтьих, щ>12.;енкеда2 математический аппарат практически без всяких допущений • вппсызает-ся в компоненты тсхнологнчесноЛ с;:стег.и, базирующейся на применена: 1.с-жро-эв" и пэв:д.

Для репенхч глазной проблема в приложении к производству ЭТОС выделил наямецыиуи часть производственной система, в которой в полном объс:.;е происходит характеризующий эту спсте.чу процесс, глы будем ' считать эту часть элементарной компонентой с;:сте:.щ, а зсю систему - состоящей из этих комюкент. Технологические процессы в компонентах систег.и производства ЗТОС, за которые приняты отдельные рабочие места электромонтажника, описываются в ражзх тензорного метода Г.Крона следукцпы уравнение:«:

М «= -С Л Мд . ( I )

Л у

где М - объект производства, 1и0 - обобщенны"! объект, С^, - матрица преобразования.

Уравнение называет формальную процедур;/ , посредство..! которой можно преобразованиями найти компонента С -матрицы данного объекта ЗТОС. Процесс, создания любого объекта определяются с помощью 2-матрицц С- С.Матрица СЫ! связывает исходное представление объекта, выраженное склволом Кронеккера с конкретным, т.е.

/ при ^ = у О при ¿-у ( ¿,у

- {,2,..., к

реальна! объектом ЭТОС.

'Анализ даикикя большого числа систем ЭТОС и объектов шс со-стазлян>::51х, на основе единого уравнения, огс:сква:э:>;его процессы в элементарной т.огоненте, позволяет:

1) сравнительно легко определить структуру любого объекта ЭТОС, т.е. уточнить компоненты фундаментального объекта, которые необхода-мы для решения конкретной задачи иоктаюа этого объекта;

2) сравнительно легко установить различные тензоры преобразования С ¿1 .показывающие, чех? ууэдаментаашй объект отличается . от конкретного объекта;

3) сравнительно легко удается вычислить компоненты различных реальных объектов.

Набор элемедтарнше компонент производственной системы используется з дальнейшем в качестве стартовой точки, т.е. в качестве примитивной системы. Лдя установления уравнений даияенкя новой системы, удовлетворяющей заданна;/: требованиям, необходимо црименение одних и тех ке процедур:

1) установить тензор преобразования С ;

2) вычислить новые коштоненти различных элементарных компонент систем:-:;

3) сохранить неизменной йорму уразкений движения, уке полученных для обобщенной системы, включающей все элементарные компоненты;

4) преобразовать инвариантное уравнение к виду, даюцему требу-е;.а.1 результат;

5) решать полученное уравнение относительно неизвестных.

Для описания системы производства ЗТОС еце недостаточно ее

состазляшщх - элементарных компонент. &№ анализа поведения сксте-кузин некоторые комбинации этих составляющих. Такими новыми единицами яззлязтея совокупности элементарных компонент, соединения • которых имею? вид сети (технологические участки).-

В заданной сети, которая предстевляет технологическую систему, определено количество независимых сетей-компонент или подсистем, которые не имеют физической связи друг с другом (реальное производство ЭТОС ~ это необходимое число технологических участков).

Одним из этапов синтеза структуры производственной системы ЭТОС является ответ на вопрос, какова простейшая сеть этого производства. 3 работе в качестве такой сета выбирается Я- отдельных рабочих мест без каких-либо соединений. Установление некоторого

соотношения ¡леэду параметрами технологического процесса, протекающего ка рабочего месте и удовлетворял'¡его некоторому критерии поведения н обеспечивающему требуемое поведение системы, является целью первого этапа создания систем!. Лдя решения этой задачи З" дополнен:;© к закону преобразования мюхества величин, предстазля-хщнх физическую сущность процессов производства ЗТОС, ва^но такяе установить группу преобразований .

Было установлено, что для базовых компонент система матриц преобразования образует группу подстановок /г элементарных компонент системы ч

................г

т.е. группа матриц преобразования С£> описывает любое взаимно-однозначное отображение системы и п, рабочих мест на себя.

Математическим представлением простейшей производственной сети 5 , выбранным в работе, является символ Кронеккера Лт.е.

. (4)

Синтез структуры производственной системы ЗТОС строится развк- • тием введен;псс простых понятий на последовательных стад:мх организации от рабочих мест (элементарных компонент система) через стадии:

1) введения з рассмотрение вместо одного рабочего места ынозе-ства взаимосвязанных рабочих мест, при этом уравнение имеет вид:

( 5 )

-А

где . Сд, - результирующий тензор соединения для ^ рабочих мест, объединенных в одну цепь;

2) введения в . ассмотрекие всезозм-кных множеств из К рабочих мест, где множества отличаются друг от друга способом взаимосоеди-нешщ, при этом уравнение имеет вид

5 - {СС*, ), + (С'} >,+ ./.+ Якя . ( 6 )

где С- (Су ),+ (С^- результирующий тензор соединения рабочих мест;

3) введения в рассмотрение всевозьтяых движений всех воз-можшх ;<шонестз из ги рабочих мест, при этом уравнения пршсмашт вид:

М - Т. С: , (7)

^ л

где — 2 ^ - резулътярукмрш тензор преобразования монтажного пространства объектов ЭТОС

. ' ( а )

На основании проведенных исследований показано, что оптимальным описанием структуры производственной системы ЭТО и процессов, нро-текаэдих в них, является система уравнений

« = I ^

( 9 )

5 = С Ль

С«. •

Предяс--.енные зааниглости а метод рассуждений ыокно использовать но только для синтеза структуры, когда дано Л подсетей, которые нужно соединить, но и тогда, когда необходимо анализировать уже суцествущую слоащуэ систему производства, которую трудно рассматривать как одно целое. Обычно, для предложенного автором метода, слозкую систему производства ыояно разбить на несколько составляющих подсисте:.;, которые з отдельности легче исследовать. После того, как кандая составляющая подсистема исследована в отдельности,объединить их в одно целое несравненно легче, чем'анализировать исходную систему.

По разработанной методике были проведены исследования и синтезированы дополнительные структуры технологической системы ЭТОС. Реализация предложенных решений в Государственном авиационном предприятии г.Сатгары повисши производительность в существующих структурах в 5-7 раз, за счет введения дополнительных технологических структур, базирующихся на средствах автоглатизации проектирования технологических процессов управления-производством, а также непосредственно за счет автоматизации технологических процессов шнтаяа, контроля и испытаний ЭТОС.

3. Исследование задачи распределения производственных заданий в технологических процессах производства ЭТОС

В качестве основного параметра гаушщионировалия локально-организованного производства 5Т0С является :.шнж:альное вре:."Я завершения работ при определенных ресурсах.

По этому критерии задача оптимального распределения глнокества производственных заданий, рассматриваемая в расоте, была сформулирована в терминах теории расписаний, описыватеой подобные задачи в общем виде следующим образом, Имеется производственный участок, состояли из к параллельных рабочих мест. На участок поступает детерминированный поток л требовании на монтаж электросборок бортовых систем. При этогг участок рассматривается как локально-организованная структура с общей цзлезой функцией

Цоб» = ц, + + ... + Цк , (Ю)

гдеЦь = ЦС^,^)-целевая фута-совокупность функции, характорязунщас эффект, получаемый на участке в моиент времени Ь , ÍC¿ (¿)- действия. Возможности участка определяются длительность» обслуживания ¿¿/ ( о - требование на у -рабочем месте), матрицей||¿у|| для участка, при этом на -рабочем месте в любой момент времени ведется монхак одной электросборки. Длительность работ по г.:онтаку( о - требование на j -рабочем месте оценивается аналитически по данным технологического процесса к корректируется экспериментально. Необходимо распределить задания кезду рабочими местами таким образом, чтобы обеспечить минимальное время ^тСп- '"онтала П> электросборок.

При отсутствии ограничений и без учета момента поступления требований необходимо разбить Ы={(,2,.,.,п}на к непересекающихся подмножеств к)и к упорядочении внутри каздого из ша.

В качестве критерия разбиения, гарантирующего оптимальность раскисания по быстродействию,выбираем

шах Ту —~ тбл , ( II )

где Ту — Ь ¿у - общее время загрузки / -го рабочего места при' условии'

*н> О

Кгп кс •

к

и К: — /V

,г< 4

0= (,2П.; /= иг...., к ,

0 , Г,б — 1,2.....к ; ,

( 12)

К/1

ограничение

где 1 К: | - число эле.чзнток подмножества. К: , и

4 , .. ; ! . > т

иа число треоованип, назначаем на ^ -раоочое место, - ограничения на временную загрузку ^ -рабочего места. Приближенные методы резаная целочисленной задач:: СИ)—(12) разработаны Д.А.Поспелова;.!. В данной работе рассмотрен алгоритм точного решения,использующий метод ветвей к границ, реализованный иа ПЗВи 1БМ.

При зтол предполагалось, что если ^ <Л требовании распределения по рабочий места:.:, к /С ^[ / = ... .^частично сформирование подмножества, то загрузка производственного участка составит

V

У _

£ ;

¡= 1,2,..., к

(13

¿с к? Ч

Далее предполагается, что если каздое из оставанхся п -у требований будет обслужено с максимальной для него производительностью, т.е.

— rn.in.tij , , п, и,кроме того, требования

распределены с учетом загрузки рабочих мест, т.е. обеспечивается равномерность их загрузки, то номера рабочих мест п -у определяются первши

к , если у ¿^ п- к п-у , если у > п. - к

сг =

членами последовательности У / * ¡г*'"*¿к) венству

( 14 )• отвечающему нера-

Т1 < ТI

< 7 :

( 15 )

... <т/в <...

при сделанных предположениях услозное время занятости каддого из рабочих .мест составит:

Для любого реального распределения справедливо

J *

max «ï^j

Дополшгтеяько, в силу целочислепностк задачи (II)-(I2)

max Т->- max $ ô ( га )

K]cKj y-tinitti

Полученные зависимости использовались для оценки нииней граница решения в зависнетсти от распределения первых ij требований. Эта оценка имеет вид:

ТуГпгах{Т»; Tfn ; max V£ } , (ю)

у-ц i ¿¿ft *** Ч т У

где наибольшая аз величин < , Г определяет общее время занятости производственного участка с идеализированной дисциплиной, a Tyj - 1ШШШ1 граница варианта распределения, при котором у -требование назначено на j рабочее место.

Зависимость(18) позволяет установить начальную шкншэ границу Тс всего шояества планов. я этого необходимо к достаточно положить Lj= 0 ( V- к)

; mac h } . ( 20 ,

у

Поиск оптимального решения состоит в направленном двинешш по вершинам дерева вариантов распределения требований. Полученные варианты оцениваются по (19) , а верикна, соответствующая варианту с наименьшей оценкой

Т р = trtiti г . ( 21 )

выбирается в качестве активной для дальнейшего ветвления. Решение приз:. :ется оптимальным, если дерево вариантов на имеет концевых вершш с оценками

Тц < т* при Ь 4 Н- , j={,2..... к , (22)

где Т*~ max Т: - значение целевой функции полученного решения. к 1

Ддя ускорения процедуры проверки было введено дополнительное огршичехие

t^hj , при tT*-Tj , b-y+t,^.....m\ (23)

.....

Производственная среда ставит дополнительные условия и ограничения, которые могут влиять на планы. В работе рассмотрено очень вгмшое условие, которое учитывает ситуацию, когда требования поступают не одновременно, когда общее время их обслуживания зависит не только от производительности рабочих, но и от моментов поступления требований, что определяет работу сменных производственных 'участков. Оценка в случае учета ¿¿, будет характеризовать шшаоэ границу при очередности обслуживания требовании, которая задана номерами строк исходной матрицы ¡| Ьц |

• Для эффективного использования алгоритма строки матрицы 1 ¿¿у 1 упорядочиваются, чтобы очередность на участке отвечала наименьшей длине расписания.

При этом показано, что это достигается, еели очередность оболу давания (lt, i>2 ,... ,<4,.)на каздом рабочем месте удовлетворяет неравенству

**,< -<bipj • <24)

Так как при решеЕ.л задачи нас интересует прежде всего время завершения монтажа, будем определять загрузку рабочих мест с учетом ожиданий ,т.е.

'Лв 'kj

Ч/' ^ тГ

t¿ : + t¡. - Tt< , ecju t¿ vK] "k j ' . bk J

t¿/(j - время, упорядоченное по (24) матрицы || b¿jII, ( к" /,..., Гь ) 1ри этой неравенство (17) иоглю представить в виде

тех Т-> max (t¿t + ^¿k> • (26)

кУе ¡cj ¡ y-Hátcín К *

'огда (19) и (20) для оценки нижних границ будут иметь вид

ТчГтах{ТТ? ; max(ti¡e + )}.; (2? ) Sí ' ¡¡nzkín

T0 - ntax{±- Í ; <4 + UM )} • i»)

Алгоритм точного решения, построенный по схема метода ветвей и 'рашц, реализован в виде вычислительного алгоритма на ПЭВМ типа !ЗМ-АТ в операционной среде MS 90$ . Предложенное программное обе-шеченке для решения задачи распределения позволила оптимизировать ¡агрузку производственных участков, повысить рит.шчность их работы, i также автоматизировать анализ производственной ситуации в .токаль-ю-организованной среде.

4. Исследование задачи распределения ресурсов в

гибкой технологической системе сборочно-монтаяного производства

Несмотря на существование нескольких моделей процесса принятия юшений по распределению ресурсов ни одна из них не наала широкого фименения в практике. Центральный вопросом при решении задачи рас-гределения ресурсов является проектирование и реализация на базе юлученного решения технологической системы поддержки принятия реше-гай. В частности, требуется методология, которая в конечно:.! счете:

- способна подвергать постановку технологической задачи в >бщем и частно;.! виде;

- является экономичной в отношении представления данных;

- использует точные методы из таких областей, как статистика, ^следование операций;

- включает средства, для накопления й использования известных ¡остановок задач с целью определения структуры коьых задач;

- включает способ объяснения, как была c.pop\stposaaa структура

модели;

- вклпчаэт средства, позволяйте использовать известные постановки задач в роли справочника;

- применима хсагс ко всей области технологических задач , так и к специализированная областям, например к производству ЗТОС.

В радшах предложенной концепции была поставлена следующая задача.

Имеется S производственных участков,Бклачающах{5^]Сь=3 рабочих мост, ресурсами которых выполняются на каздом из -обьехсто определенная совокупность работ{/у } (у (,2,...,8). Идя выполнения работ на одном из объектов выделяется по одному рабочему месту. Возможности кавдого рабочего места заданы матрицами (/' 1.2,..., И

0~1,2Х..., $ ; т.-и 2.....Г ; л- 4,2,..., 5- )-,

где - временные затраты на производство пг -работы на j -объ-

екте п. -рабочим местом ¿ - участка. При это;», естественно, предполагается, что каздая работа может быть выполнена любым из параллельно работаовдос средств, а также не передается на другие рабочие места до завершения всех работ на объекте. По окончании всех работ на одном объекте па него поступает другой объект монтака. Затраты на подготовку шнтыка нового объекта заданы матрицами | & ^ ||

(¡ = 1,2,..., в ; /, 2,..., я ) ,

/ ь « »

где - время переналадки 0 -го рабочего места от у -объекта

к С -объекту монтажа. При выполнении этих условий необходимо распределить рабочие места ыевду /? объектами такш образом, чтобы обеспечить завершения всего множества{/у-}(/-/|Г,...,/?) работ

»Математическая постановка задачи сводится к'разбиении множества 12 объектов на $ гашльтоновых контуров 2,..., В] . при минимуме целевой функции

Т= тах £ (ЬЪ + Т.. ) , (23 )

£ ¡¿щ <г

гд^ T¿¿ - -"ремя. за^ршенкя работ па I -объекте и -рабочего мест Введем дгцолннгельрче условия, связанные с реальной ситуацией в производстве. Если рабочие места О,, ..., о$ до начала работ заняты на объектах //»/г ¿я , а остальныеС 5 - ${ ) на объек те должны выполняться следующие условия:

П * * ' <30)

/ ^ |/?;-1 <Ру , у-/, Г,.... 5 . <31>

5 = Я , (32)

¿и

где Р; - ограничение на число объектов контача, назначенных рабочему месту.

Предложенная минимизация имеет смысл только тогда, когда вре;ля Т£- соответствует оптимальному распределении 5¿ рабочих мает мезхду Гг работами, т.е. такому разбиении множества работ /// с N} ( к=1,2,..., ) на непересекающиеся подмнссества /X, которое обеспечит

Тг.= min max S (33)

леН{ 0 = 1,2,..., S; /«/,2,...,*

при заданных ограничениях

//(пы^ф — , <5г ; (34)

? Hl , (35)

к к л '

где P^ - допустимое число работ, назначаемых на j рабочее место Л -участка на t*j объекта.

Значения определяют путем решения минимаксной задачи (33-36), для чего монет быть использован алгоритм, использутадийся в задаче распределения производственных заданий.

При введении полученных значений 7*^ задача (29-32) рассматривается как частный случай задачи гг коммивоякеров.

Решение этой задачи, как и в предыдущем случае, основано на идеях метода ветвей и границ с учетом специфических особенностей Задачи (29-32). Введем правило вычисления оценок тааках границ. При релаксации условий связности задача(2Э~32) может быть сведена к разбиению мкохества Л/={/, 2,..., /? } на непересеказдкеся под'.оioze-ства М^ — М-ОМ^щъ которых время зазерденкя работ составляет

7"**= min{ fnax E 6m ; } ,

1 tsuss тчи j 1 {3V)

Гда = ^/t,^ / /V, 5} .

Дзхя любого допустимого распределения технологических ресурсов мезду объектами справедливо Гё^Г/J, . Выражение (37) применяется для оценки шишей границы целевых функций'подмножества решений,содержащих маршрут Оценка вариантапредставляется выражением

Г/1 = (ПЬП.{ тах 2 , } . (35)

ПржМг— 0 (j— 5) а сТорыула (3) определяет начальную

вши границу всего шояеетва допустимых решений

7^= тСп[пгах 2 • /гс&г. «¿/^ /¿= 5]. (39)

телу ^

Реиение задач оптимизации технологических процессов монтада показало достаточную эффективность предложенных алгоритмов. Полученные данные Ьычислктельного эксперимента на 1ШД показали основные трудности при рашенни задач сравнительно большого размера, которые связаны о начислением оценок. Лдя этого случая з качестве оценок предложено воспользоваться начальным! шкнима границами.

Программное обеспечение, реализующее алгоритмы опткгд-хзации технологических процессов, позволило автоматизировать получение информации для системы поддераки принятая решений о технологическом процессе в целом, т.е. выборе из предложенных вариантоз наилучшего с точки зрения возмоаностей производства ЗТОС при минимальных затратах.

5. Реализация локально-организованной гибкой автоматизированной система монтажа,контроля и испытаний электротехнического оборудовав "я самолетов ( ЗТОС)

Б последние года сфера производства электротехнического оборудования самолетов привлекает к себе больше внимание многих исследо-ват лей а практиков. Причиной такого внимания явились рост номенклатура изделии ЗТОС и резкое увеличение информационных потоков, сокращение времен:- технологической под. отовки и коррекция производства, неоднородность систем производства, в которой участвует люда (чело-веко-наполЕсгаше систеш), требования к качеству и надежности этих

изделий. Начиная с 1980 года, авторо:.; били предприняты попытки попользовать концепцию искусственного интеллекта для решения широкого класса задач, возникающее в области человеко-г.ишншгх систем, к которым следует отнести производство ЭТОС. На основе этой концепции было создано гибкое автоматизированное производство ЭТОС (ГАНС ЭТОС). Разработанные иод руководством автора систеш жш таздешую архитектуру, в которой система информации о типовых технологических операциях, процессах их объединения тесно взаимодействует с математической моделью и алгоритмом построения технологических процессов монтажа, контроля и испытаний ЭТОС.

Решение задачи по выбору и проектировании технических средств с учетом характеристик взаимодействия подсистем, гарантирующих устойчивость управления и его эластичность позволили создать ГАЛС ЭТОС. Оптимальная структура по выбранным критерия;.! гибкости, обеспечивающая программу выпуска самолетов Ту—154М, состоит из экспертной системы и систем автоматизации, взаимное действие которых обеспечивается локальной сетью ГАЛС. Бри создании экспертной систеш ГАПС ЭТОС исследованы уникальные характеристики предметной области этого • производства с целью идентифицировать среду, в которой оперирует экспертная система. Первая очередь экспертной систеш, базирующаяся на знаниях, зафиксированных в математических иодвлчх и алгорпг- . мах, и опыте экспертов включает: автоматизированную подсистему коррекции конструкторской документации, базу данных ЭТОС и типовых технологических операций, интегрированную САПР, подсистему поддержки решений. Система поддержки решений, базирующаяся на предложенных моделях и алгоритмах, создала как инструментарий, посредством которого поддерживается процессы принятия решений,характеризуемых новизной и большими облает®,щ поиска. Интегрированная САПР, информационную среду которой образуют объекты ЭТОС, типовые • технологические операции, производственные инструкции боргдфует целеориентированные технико-экономические решения. Реализация САПР осуществлена на базе ПЭВМ в виде следующих завершенных подсистем:

- моделирования объектов ЭТОС и технологических процессов;

- проектирования я коррекции технологических процессов монтажа;

- проектирования и коррекции программ контроля а испытаний;

- диагностики неисправностей.

Программное обеспечение реализовано вМ$Э05ка ПЭЗ'Л типа 13',!.

Комплекс технических средств конструктивно остоит из независимо и параллельно работаогих:

- автоматизированных рабочих мает электромонтажников;

- автоматической системы контроля электрожгутов;

- автоматической•системы.контроля электросборок;

- автоматической системы контроля фидеров.

Модульная конструкция автоматизированных рабочих мест электроментая-ников позволяет менять организационную структуру и расширять технологические возможности участка. Производственно-технологическая гибкость участка обеспечивается возможностью монтама различных объектов и выбора необходимой производительности за счет оптимальной, в смысле завершения но времени, компоновки рабочих мест. Координацию структурных компонент участка как единого целого, обеспечивает многоуровневая система управления и контроля, базирующаяся по информации, формируемой системами автоматизированного проектирования технологических процессов, а тагасе системам автоматического контроля, которым охвачены все этапы производства.

Модели и алгоритмы, полученные в результате исследований, реализованы в ГЛПС ЭТО самолета Ту-154 и агрегата 021 и могут быть рекомендованы дая использования при разработке участков сборки к монтажа новых изделий широкого назначения, в том числе и товаров карод-■ного потребления, а такке при реконструкции п техническом перевооружении производства.

Внедрение в производство ЭТОС разработанных подсистем позволило снизить трудоемкость монтага на 55% и получить экономический эффект 637,7 тыс.руб.

Промышленная эксплуатация ГЯЮ ЭТОС подтверждает правильность выбранных конструктивно-технологических решений на основе сформулированных научных положений. Разработанная методология, специальные модели и алгоритмы могут быть применены на всех сборочно-монтатпс мелкосерийных и серийных производствах изделий повышенной сложности. Созданное ГАЛС ЭТОС является базовой моделью для автоматизации монтажно-испытательннх работ на авиационных предприятиях.

Основные результаты работы

1. Разработана математическая модель производства ЭТОС ,цред-

. ставлявщая структуру этого производства, и протекаицие в этой структуре процессы.

2. На основе системного ьлализа проведено комплексное исследование особенностей проектирования технологических процессов изготовления ЭТОС в условиях I. логономыаклатурного производства и опре-де.-эаы щжегшш, состав и взаимосвязь основных задач локально-организованного гибкого автоматлзтрованного производства этого обору-

довашю.

3. Разработан аналитический и алгоритмический базис рьления задач организационно-технологической поддержка производства ЗТОС, включающий средства, позволявшие использовать известные постановки задач з роли справочника.

4. Разработанное математическое обеспечение систе;,и поддермки принятия решений Г,ШС ЗТОС использовано для оптимизация технологических процессов монтача электросборок ЭГОС.

5. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследовашй процессов .-.тантала .контроля и испытании ЭТОС Еыбрана оптимальная схема локг-льно-организовапноИ ГАНС, определены количество необходимых автоматизированных рабочих мест для выполнения технологического цикла работ в заданное время.

6. Созданы опытно-промысленные системы автоматизирова1шого проектирования технологических процессов монтажа и программ контроля и испытаний электротехнических объектов самолета САПР ТП "ыОНЖ" и САПР ПК/!.

7. Отработаны способы и создано технологическое оснащение процессов монтаяа и систе;ш автоматического контроля на всех уровнях производства ЭТОС ДСДК-35, ИСАК-ЭС, СКЖ5.

8. Основные научные к практические рекомендации по автоматизации и локальной организации производства ЭТОС.разработанные автором апробированные на авиационных предприятиях, воели в руководстве технические '¡материалы отрасли РТМ 1.4.2050-88 и РГН 1.4.2155-90.

9. Результаты работы в полном объеме внедрены в Самарском авиационном производственном объединена, а тгкяе переданы для внедрения на другие предприятия отрасли.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПЗЧАТНЬК РАБОТ ПО ТК'.З ДЯССЕРТАЩй

I.Коптев А.Н.Дорнез Е.П. Конструкторско-технологические проблем; электротехнического оборудования летательных аппаратов .//Автоматизация проектирования электротехнических устройств и систем:Труди Бессоюзного семинара/АН СССР, научный совет по комплексной проблеме "Кибернетика"-п!. :В31И, 1986 ,с. 80-52.

2.А.Н.Коптев,Е.П.Корнев,А.А.!Лпненхов. Основы формализации технологических процессов монгаяа объектов электротехнического оборудования саыолетов//Проблемы комплексной автоматизации функциональных испытаний изделий в машиностроении:Труды межотраслевой конференции. -М.:НиЛТ,1985,с.138-146.

3. Автоматизированное проектирование технологических процессов изготовления электролитов.РЕ,i.1.4.2050-88/ Корпев Е.11. ,Ког.тев А.Н., Мишнков А.Л.//Рукозодацие технические материалы.-ГЛ.:НкАГ,1388.

п.л.5,2.

4. А.II.Коптев,Е.П.Корнев.Е.Ф.Поздняков. Разработка методов и средств автоматизации динамических испытаний кавигецжжно-пилотазшых комплексов самолетов// Автоматизация отработки и испытаний систем автоматики с цифровым обменом информации: материалы межотраслевого научно-технического семинара.-М.:КиАТ,1930,с.16-24.

5. А.Н.Коптев,2.П.Корнев.Е.Ф.Поздняков. Перспективы развития автоматизации производства электротехнического оборудования летаталь них аппаратов//-Автоматизация отработки и испытаний систем автоматики с цифровым обменом информации: Материала межотраслевого научно--технкческого сег.инара.-Ы.:НиАТ,19Э0 г.,с.70-75.

6. Е.П.Корнев.Э.С.Чернова. Опыт внедрения групповых глетодов обработки на Куйбышевском авиационном заводе// Приложение к журналу Авиационная щ?ошшленность.Ш9Э0,й5,с.40-41-42-43.

7.Коптев А.А.,Корнев Е.П. Математические основы проектирования технологических процессов монтажа бортовых электросборок.//Математическое моделирование в кашлю" троении" Труды Всесоюзной школы--конференции.-Куйбышев.:ХуАЯ ,1990,с.20-25.

8. Автоматизированное проектирование технологических процессов изготовления пультов,щитков, коробок и приборных дооок.РГМ 1.4.2155--90/Корнев S.П..Коптев А.Н..Иипанков А.А.//Руководящие технические материмы. - М.:НиАТ,1990 г. п.л.7.0

9. Корнев Е.П. Локально-организованная гибкая автоматизированная система электротехнического .оборудования самолетов// Авиационная промышленность.1991,