автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Синтез структурно-компоновочных решений автоматизированных накопительных систем в составе гибких производственных систем на основе их матричных моделей

На правах рукописи

РГВ од

' с К: —О

НАЯНЗИН КОНСТАНТИН НАУМОВИЧ

СИНТЕЗ СТРУКТУРНО-КОМПОНОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ НАКОПИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В СОСТАВЕ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ИХ МАТРИЧНЫХ МОДЕЛЕЙ

Специальность: 05.13.12 - системы автоматизации проектирования (в промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2000

Работа выполнена на кафедре "Информатика и вычислительная техника" Владимирского государственного университета

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Р.И. Макаров

доктор технических наук, профессор В.И. Денисенко

кандидат технических наук, доцент В.Н. Колосов

Ведущая организация: Научно-исследовательский

проектно-технологический институт (НИПТИ) "Микрон"

Защита состоится "час на заседании

диссертационного совета К.063.65.02 в ауд. 211 корп. 1 Владимирского государственного университета по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВлГУ.

Автореферат разослан " ИЗ* гГ/^иЮОО г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просьба направлять по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, ученому секретарю совета.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор , И.Е.Жигалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Машиностроение является основой технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства. Перспективным направлением совершенствования современного машиностроения является создание гибких производственных систем (ГПС), объединяющих новейшие достижения техники и компьютерных технологий. За более чем 20-летнюю историю развития ГПС значительно изменились области и цели их применения, а следовательно, технические и компоновочные решения.

Наиболее эффективным способом ускорения создания и повышения качества современных ГПС является автоматизация проектно-конструкторских работ. Целями создания систем автоматизированного проектирования (САПР) являются повышение качества и технико— экономического уровня проектируемых объектов, особенно при их создании и применении; повышение производительности труда, сокращение сроков и уменьшение стоимости и трудоемкости проектирования.

Актуальность системного рассмотрения вопросов

автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений автоматизированных накопительных систем (АНС) обусловлена тем, что эффективность функционирования ГПС в значительной мере зависит от принятых структурно-компоновочных решений АНС, выполняющих функции приема, хранения и выдачи изделий (деталей, инструментов и т.п.), и оперативного распределения их по заданным адресам внутри системы с целью обеспечения непрерывного функционирования технологического оборудования в составе ГПС. Поэтому существует настоятельная необходимость более глубокого анализа известных проектных решений АНС, комплексного рассмотрения вопросов их системной организации, разработки методологических установок и процедур, ориентированных на синтез новых перспективных (конкурентоспособных) проектных решений и на этой основе создания методики автоматизированного направленного по заданному критерию синтеза структурно-компоновочных решений АНС на ранней стадии их проектирования.

Цель диссертационной работы - повышение качества проектных решений и сокращение сроков выполнения проектных работ на ранней стадии проектирования гибких производственных систем.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработка и развитие подхода к матрично-моделыюму представлению структурно-компоновочных решений АНС в составе ГПС.

2. Разработка методологических установок, ориентированных на создание методики автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС, отвечающих заданным требованиям.

3. Разработка исходных принципов и процедур синтеза матричных моделей, задающих системную (морфологическую и функциональную) организацию АНС.

4. Формирование специализированного фонда эвристических приемов синтеза структурно-компоновочных решений АНС с использованием элементов псевдофизической логики (временных и пространственных отношений).

5. Разработка методики автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС на основе их матричных моделей.

6. Реализация методики автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС в условиях реального производства.

Методы исследования. В работе использованы методология САПР в машиностроении; теория сложных систем; методы системного анализа; элементы теории искусственного интеллекта; теория принятия решений; элементы .матричного анализа; опыт создания и использования ГПС и их компонент.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан и развит подход к заданию системной организации автоматизированных накопительных систем в составе ГПС на основе их матричных моделей.

2. Разработаны матричные модели представления структурно-компоновочных решений АНС с динамическими и статическими накопителями, имеющих различные характеристики структурной и функциональной организации.

• 3. Разработаны процедуры генерации многообразия альтернативных вариантов структурно-компоновочных решений многоуровневых АНС методом морфологического анализа.

4. Разработан способ генерации многообразия возможных вариантов структурно-компоновочных решений АНС на основе использования процедур преобразования исходной матрицы-накопителя в блочные матрицы, а также пространственных и временных отношений псевдофизической логики.

5. Разработана методика автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС, оптимальных по заданному критерию (минимум простоев станков с ЧПУ в составе ГПС, минимум занимаемой производственной площади).

Практическая ценность работы заключается в повышении качества проектных решений и снижении сроков выполнения проектных работ на ранней стадии проектирования за счет разработки и реализации методики автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений.

Реализация н внедрение. Методика внедрена на ранней стадии проектирования накопителей, отвечающих заданным требованиям, на предприятии НИШИ "Микрон" (г. Владимир) и при проектировании специальных агрегатных станков для изготовления щитов электродвигателей на предприятии ОАО "Владимирский электромоторный завод".

Апробация работы. Материалы диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались:

- на заседаниях кафедры информатики и вычислительной техники Владимирского государственного университета;

- научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении" (Владимир, 1998);

- 12-й Международной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (Великий Новгород, 1999);

- Международной научно-технической конференции "Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий" (Ковров, 1999);

- Международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (Иваново, 1999).

На защиту выносятся:

1. Подход к матрично-модельному представлению системной организации АНС.

2. Матричные модели одноуровневых АНС с динамическими и статическими накопителями, имеющими различные формы размещения в них ячеек для хранения изделий и различную ориентацию в пространстве.

3. Эвристические процедуры генерации многообразия возможных вариантов структурно-компоновочных решений АНС на основе разработанных процедур преобразования исходной матрицы-накопителя в блочные матрицы и использования пространственных и временных отношений псевдофизической логики.

4. Морфологический анализ структурно-компоновочных решений двухуровневых АНС.

5. Методика автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС по критериям минимума простоев станков в процессе функционирования автоматизированной технологической системы, минимума занимаемой производственной площади.

6. Новые проектные решения АНС.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, включая 3 сгатьи и 4 тезиса докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы, имеющего 96 наименований источников, в том числе 7 работ автора. Общий объем диссертации 198 страниц, в том числе 187 страниц основного текста, 9 страниц списка литературы, 2 страницы приложений; работа содержит 4 таблицы, 43 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены краткое содержание работы и основные положения, выносимые на защиту.

В кратком обзоре указаны работы, посвященные вопросам автоматизированного проектирования в машиностроении и в области проектирования и создания ГПС и их компонент, авторов А.Г. Митрофанова, И.П. Норенкова, В.В. Павлова, А.Ф. Прохорова, О.И. Семенкова, Ю.М. Соломенцева, Р.И. Сольницева, В.В. Сысоева и других, а также труды В.А. Егорова, О.Б. Мапикова, A.A. Смехова и других в области проектирования и создания АНС.

В первой главе проведен анализ объекта проектирования. Анализ роли АНС в формировании ГПС показывает, что их следует рассматривать в трех аспектах: организационном, структурном и функциональном. Организационный аспект характеризуется мощностью .грузопотока, входящего на предприятие, и решением задач по его оптимальному распределению. Структурный аспект характеризуется ролью АНС при реализации межцехового, внутрицехового, участкового,

межоперационного и внутриоперационного перемещения предметов труда и тарно-штучных грузов. Функциональный аспект определяется ролью АНС в плане реализации основных принципов, лежащих в основе ГПС: гибкости, автоматизации, интеграции и модульности. Рассмотрены подходы к оценке эффективности проектных решений АНС.

Основные функции, выполняемые АНС:

•накопление изделий - заготовок, полуфабрикатов, готовых деталей, предварительно настроенных инструментов, приспособлений;

•транспортирование изделий по заданным адресам к технологическому оборудованию, на позиции загрузки и разгрузки автоматизированного склада обработанных деталей, отработанного инструмента, сменной технологической оснастки от станков.

Проанализированы основные компоненты АНС:

автоматизированные склады, стеллажи, краны-штабелеры, транспортно-складская тара, специальные устройства для передачи груза, автоматический транспорт.

В этой, же главе исследуются подходы к решению задач автоматизации проектирования ГПС в машиностроении. Существующие сегодня технологии проектирования ГПС обладают недостатком, заключающемся в том, что многие ошибки обнаруживаются только в результате испытания и эксплуатации ГПС. Решение проблемы состоит в том, чтобы на протяжении всего процесса создания системы иметь ее модель, в которую в процессе проектирования вносить все изменения, возникшие вследствие получения новых результатов и на которой проверять все получаемые альтернативные технические решения.

Существует несколько концепций создания САПР ГПС, наиболее распространенными из них являются полностью автоматические САПР и человеко-машинные системы.

Рассмотрены вопросы синтеза ГПС и их компонент. Чтобы определить функции и структуры ГПС (или ее компонент), необходимо пройти взаимосвязанные этапы: составить задачу функционирования ГПС; выбрать алгоритм решения; сформировать общую структуру ГПС и распределить задачи функционирования по уровням системы; скомпоновать комплекс технических средств ГПС и ее подсистем.

Приводятся примеры создания САПР ГПС и их компонент, а также моделирования материальных потоков в ГПС.

Анализируются тенденции развития современных производственных систем и САПР и формулируются и ставятся задачи, решаемые в диссертации.

Во второй главе разработан, развит и в развернутом виде представлен подход к матрич] го-модельному представлению автоматизированных накопительных систем, выполняющих функции приема, хранения и выдачи изделий (деталей, инструментов и т.д.), в составе гибких производственных систем. Предлагаемые модели на "матричном языке" описывают системную (морфологическую и функциональную) организацию АНС: элементный состав системы и распределение функций между ее функциональными элементами;

иерархические уровни; структуру размещения ячеек в накопителе и его вместимость (число ячеек): ориентацию ячейконесущих поверхностей в пространстве; виды координатных движений, совершаемых органами поиска заданного адреса ячейки (накопителя, автооператора, робота): движения по замкнутому контуру (реверсивные и нереверсивные), возвратно—поступательные движения по прямой и в плоскости, движения в цилиндрической системе координат; последовательность движений во времени, выполняемых элементами АНС. Компонентами матричной модели являются концептуальные аналоги (матрицы) функциональных элементов АНС: накопителей и их секций для размещения и хранения изделий; приводов движений органов поиска заданного адреса ячейки, механизма реверса движения.

Предлагаемые матричные модели позволяют имитировать поведение АНС в реальном масштабе времени. На основе этих моделей можно построить научно обоснованную классификацию известных АНС, используемых в автоматизированных технологических системах. Также выявлены признаки системной (морфологической и функциональной) организации АНС, позволяющие раскрыть закономерности их развития.

Разработаны математические модели одноуровневых АНС ■ с динамическими (подвижными) и статическими (неподвижными) накопителями, которые построены на матричном представлении их базовых функциональных элементов. Такие модели представляют собой совокупность матриц определенного вида, связанных между собой отношениями, задающими структурную и функциональную организацию накопительной системы. Моделирование поведения АНС во время ее функционирования в автономном режиме или в составе ГПС сводится к выполнению операций над матрицам» по правилам матричного анализа.

Компонентами матричной модели АНС являются матрицы Н, 5, С, Р и оператор Г. Матрица Н выполняет роль концептуальной модели собственно накопителя системы, элементы которой выполняют функцию хранения изделий. Число элементов матрицы характеризует вместимость накопителя. Матрицы С (циклическая) и Р (1-надциагональная) выполняют роль концептуального привода движения органа поиска заданного адреса ячейки в накопителе. Т - оператор транспонирования матриц - выполняет функции механизма реверса движения органа поиска адреса ячейки в накопителе; СГ=С'; РТ=Р'. ■

Матричные модели АНС с циклической структурой размещения ячеек в накопителе. При умножении матрицы Н на циклическую матрицу С накопитель совершает движение по часовой стрелке по замкнутому контуру на заданное число шагов в горизонтальной плоскости:

б

- текущее состояние матрицы-накопителя; к 1 - число шагов, совершаемых накопителем в процессе поиска -заданного адреса ячейки, 1 <к + к\ <д, где д - порядок циклической матрицы С. При г/ = 4, к = 1 матрица^накопитель имеет вид:

Я1 = ! 1 2 3 4 !.

Наличие механизма реверса позволяет сократить время поиска заданного адреса ячейки. Матричная модель АНС с реверсивным накопителем, совершающим движения вокруг вертикальной оси, имеет вид:

///С41 Ф С к2) = //' Ф Я* С,к2 = Я* * ф Я* ~ где Я* - текущее состояние накопителя 0, 1, 2, ..., д - 1; к\, к2 = 1, 2, ...; 1 < к + ¿1 <д; 1 <к- к2 <д; ф - строго разделительная дизъюнкция; при выборе кратчайшего пути перемещения используется механизм реверса движения, т.е. матрица Я* умножается к2 раза на циклическую матрицу С'=СТ.

При вращении реверсивного накопителя вокруг горизонтальной оси матричная модель АНС имеет вид:

ГС*1 ФСк2)Н!с = с*1 Я* ФСП я*.

Концептуальный аналог накопителя выглядит следующим образом:

1

я'2 = 2

3

4

Матричные модели с линейной структурой размещения ячеек в накопителе. В процессе функционирования АНС накопитель совершает возвратно-поступательные движения в пределах своего "размаха", величина которого равна 2д - 1, д - число ячеек в накопителе. Накопитель в этом случае работает в челночном режиме, что ведет к увеличению габаритных размеров АНС в целом.

Матричная модель АНС с однорядным накопителем, совершающим возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости, имеет вид:

Н1 (Р11 ФР>2) = ^РП ФН'р'2, где Н1 - текущее состояние накопителя; /1, /2 е {\, 2, ..., д - I), 1 <" I + /1 < ц\ 1 < I + ¡2 < <7, Р - 1-наддиагональная матрица (2д - 1>—го порядка. При 7 = 4,/= Г имеет место матрица

Я1= ¡00012341.

Матричная модель АНС с однорядным "челночным" накопителем, совершающим движения в вертикальной плоскости,имеет вид: 1

(р/1 фРР) и1 = Р/1 Н1 ФРП//. Концептуальный аналог накопителя выглядит следующим образом:

О О О

Я'2= 1 2

3

4

Матричные модели АНС с накопителями, совершающими движение в двухмерном пространстве. При многорядной структуре размещения ячеек и размещении ячеек по наружной цилиндрической поверхности накопителя барабанного типа в процессе поиска заданного адреса ячейки накопитель совершает движения по двум координатам в двухмерном пространстве. В первом случае накопитель перемещается в двухмерной плоскости. При одновременном перемещении накопителя вдоль осей координат ОХ и ОУ матричная модель задается выражением:

(Рхп ФР'ХП) (Р2М ЭР'г />2), где - т х л-матрица; /1 П. е {\, 2, ..., т - \}\ ¡е {\, 2, ..., т}\ 1 <1 + /1 <т\ 2 <1 + 12 <т\ Л1, И2 е {\, 2, п - 1/; Не {\, 2, п}\ 1 < к + И\ <п\ 1 < И + И2 < п; 1, Н - текущие координаты накопителя в рассматриваемый . момент времени; /1, 12, И1, Л2 - число шагов перемещения накопителя вдоль осей ОХ и ОУ соответственно; Р\ -1-наддиагональная матрица размерами (2т -\) х (2т - I), Р2 -1-наддиагональная матрица размерами (2п —\)х (2п —\).

Матричная модель АНС с накопителем, выполненным в виде барабана с вертикальной осью вращения и возможностью перемещения вдоль оси вращения, имеет вид:

(Рп ФР' п) НвЛ) (Ск] ФС'П), где ' 1\, а е Д, 2, ..., т-\};\<1+ 1\<т; 1 < / + 12 <т; I е {1, 2, ..., т};

■ 1 <к + к\ <п; 1 < к + к2 <п; к е {\, 2,..., п}; к\, к2 е {\,2, ...,п-\}.

Матричные модели со статическими накопителями. С увеличением вместимости накопителей и массы хранимых в них изделий снижается скорость их перемещения в процессе поиска заданного адреса ячейки и доставки изделия в зону выдачи, увеличивается время выполнения операций приема и выдачи изделия и ухудшаются динамические характеристики АНС. В таких случаях целесообразно хранить изделия в статическом накопителе. Функции поиска заданного адреса ячейки и перемещения изделия в зону выдачи выполняет автооператор. АНС со

статическими накопителями используются, например, в автоматизированных стеллажных складах для хранения деталей.

В моделях АНС со статическим накопителем и размещением ячеек по замкнутому контуру в горизонтальной плоскости текущее состояние автооператора задается матрицей 5 размерами 1 х ц (матрица-строка), где <7 - число ячеек в накопителе. Матрица Б содержит единственный ненулевой элемент, который равен 1. При ц = 4 исходное состояние автооператора задается матрицей 511:

1234

8* = II 1 00011.

Числа 1, 2, 3, 4 над матрицей указывают на адреса ячеек накопителя. Матричная модель АНС в этом случае имеет вид:

^ (С кх ФС'к2) = 5* С кх Ф^ С'п, где к\, к2 е{\, 2,..., - < к + к\ Кк-к2<д.

Матричные модели с автооператором, выполняющим круговые и поступательные движения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, строятся аналогично матричным моделям АНС с динамическим накопителем.

В реальных производственных условиях часто возникает потребность в АНС более сложной структуры, чем описанные выше, вследствие чего ставится задача синтеза многоуровневых накопительных систем. Задача синтеза двух- и более уровневых АНС решается на основе использования метода морфологического анализа. Решение этой задачи позволит значительно расширить многообразие возможных вариантов структурно-компоновочных решений АНС. Наличие такой совокупности решений в сочетании с использованием современных компьютерных технологий позволит осуществить синтез структурно-компоновочных решений, отвечающих заданным требованиям, и сократить сроки выполнения проектных работ. Матричная модель двухуровневой АНС состоит из накопителей первого и второго уровней. Накопитель первого уровня представляет собой АНС, каждая ячейка которой содержит не штучное изделие, а сопряженный с ней автоматизированный накопитель второго уровня, которой снабжен ячейками для хранения изделий. Накопитель первого уровня можно рассматривать как платформу (каркас), несущую на себе накопители второго уровня. Сущность предлагаемой процедуры структурного синтеза двухуровневых АНС состоит в построении перечня всех логически возможных пар вида <п, н>, где "п" и "н" - предметные переменные, характеризующие платформу и накопитель второго уровня соответственно и принимающие значения из множества заданных структурно-компоновочных решений одноуровневых АНС.

В третьей главе разработана методика автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС, представленная в виде последовательно выполняемых логически упорядоченных и информационно связанных между собой этапов:

1. Формирование основных требований и выбор критериев оценки структурно-компоновочных решений АНС.

2. Определение направления (вектора) поиска новых перспективных структурно-компоновочных решений АНС.

3. Формирование специализированного фонда эвристических приемов автоматтоированного направленного синтеза новых структурно-компоновочных решений АНС, отвечающих заданным требованиям.

4. Генерация многообразия возможных вариантов матричных моделей с различной функциональной и морфологической организацей АНС.

5. Направленный поиск перспективных по заданным критериям структурно-компоновочных решений АНС.

В основу предлагаемой методики направленного синтеза положены методологические установки, учитывающие тенденции развития ГПС и подход к матрично-модельному представлению системной (морфологической и функциональной) организации АНС в составе ГПС.

Сформулированы основные требования и критерии оценки эффективности структурно-компоновочных решений АНС на ранней стадии проектирования.

Разработан на базе межотраслевого фонда эвристических приемов специализированный фонд, ориенгированный на синтез оптимальных по заданному критерию структурно-компоновочных решений АНС. Формирование специализированного фонда эвристических приемов выполняется в следующей последовательности:

1-й этап. Анализ функций, выполняемых АНС. Выявление основных функциональных элементов АНС.

2-й этап. Уяснение сущности системной организации АНС. Выявление основных признаков структурно-компоновочных решений этих систем.

3-й этап. Выбор подходящих эвристических приемов из межотраслевого фонда для включения их в специализированный фонд.

4-й этап. Построение совокупности пространственных и временных отношений, заимствованных из псевдофизической логики.

Разработан способ генерации многообразия возможных вариантов структурно-компоновочных решений АНС, в основу которого положены правила и процедуры расчленения исходной (базовой) т х и—матрицы, выполняющей функции несущего каркаса (платформы) АНС, на блочные

матрицы, выполняющие функции концептуальных приводов, секций-накопителей, а также временные и пространственные отношения, заимствованные из псевдофизической логики.

В четвертой главе решается задача использования разработанной методики автоматизированного направленного синтеза структурно-

z ■ х

компоновочных решении по критерию tnp —» min, где tnp - суммарное время простоев станков в ожидании обслуживания их АНС в условиях конкретного предприятия. В результате получено решение, представленное на рис. 1.

Рис. 1. Структурно-компоновочное решение АНС с тремя ссюсно смонтированными накопителями: I - С/л^; 2 - Рб/\ 3 - Оя?; 4- Рб5 6 -Н/; 7 - Я?; 8 - Нз

В зоне загрузки-выгрузки заготовки роботом Рб/ {Рб2)

загружаются в накопитель Я/ (//_?), который доставляет их в зону работы станка Ст\ (Ст о) путем поворота его на 120° против (по) часовой стрелки. После завершения обработки заготовки на станке Ст\ (Стробот Рб^ (Р62) выгружает ее в секцию #_?/ (И32) накопителя Н3. По мере заполнения

п

накопитель совершает поворот на 120°, перемещая одну из своих секций, полностью загруженных деталями, в зону обмена с внешней средой Ззч,.

Морфологическая организация накопителя задается с помощью системы матриц:

Я = |Я,Я2Яз1;

Н\ =! Н\\Н\г Ни I; #2 = 1Я>1 Н22 Ни I; Яз= I Яз| Я32Я331; Я) 1 =! ¿¡п.] ап_2 -мПл I; Я2( = I аг\ \ а2\2 -а2[.„ I; Я31 = I аг,л а31.2 —а3\.п I; Н\2= I аил а 12.2 —ai2.li I; I вил а22.2 —ап.п 1 ;Яз2 = I аз2л #32.2 I Яп = 1 <313.1 <313.2 .»^13 .Л I; я23 = I Й23.1 «23.2 —а2з.л I; Н}} -1 аззл азз.2 —Дзз.л « -

Модель АНС выглядит следующим образом:

Я,*1 С*2 С^4 vH3k5 (С* ФС3'к7) =

кх = /1,2,3/ ¿2 = /0,1,2/, 1 <3; ¿з = /"1,2,3/, ¿4 = /0,1,2/ 1 <*3 + Л4 <3;

¿5 = /1,2,3/ ¿6 = /0,1,2/, *7= /0,1,2/ 1 < ¿5 + к6 <3,1 < ¿5 - к,

Приводы С\, С?, Сз, задающие вращательное движение накопителям Н\, Яг, Я3 соответственно,представляют из себя циклические матрицы размерами 3 х 3 , Сз '= С^Т.

Функционирование перегрузочных устройств описывается с помощью модели (на примере модели-робота 5")):

_п/1 - /2, к& 4- к9 ¿по /1 ~ „ /1 -/3, И - ¿9 „ /1 -/3, ¿3-410

— О] (¿»О/ 070] агоу ;

/1 = /1,2,3/, /2 = {0,1,2), В = /0,1,2/, 1 <71 /2 <3, 1 < /3 - /3 <3;

/:8 = /1,2,... ¿9 = /0,1,... ,п- I), ¿10 = /0,1,...1/, 1 < к&±к9<п, 1<к& - ¿10 <п, где п — число ячеек в секции накопителя.

Перегрузочные устройства 5], $2> ^з задаются 3 х «-матрицами, где 5у=1, а остальные элементы равны нулю.

Приводы С4, Сз, С6, задающие вращательное движение роботам 5], $2, 5з соответственно, представляют из себя циклические матрицы размерами п хп (С4'= С4Т, С5'= С5Т, Сб'= Сб7).

Приводы, обеспечивающие перегрузочньгм устройствам поступательное движение по вертикали вверх, заданы 1-наддиагональными матрицами Р\, Р% Рз размерностью 3x3, а приводы для обеспечения роботам движения вниз — соответственно 1-поддиагональнымиматрицами {Р'\ =Р\Т, Р'г =РгТ, Р'3 =/>37).

Разработан и программно реализован алгоритм имитационного моделирования поведения представленной на рис. 1 АНС в составе ГПС в реальном масштабе времени.

Для проведения имитационного моделирования сформулированы следующие исходные данные: массив обрабатываемых деталей (584 шт.) и время обработки каждой из них (4-1-91 мин); среднее время выполнения роботом операций загрузки и выгрузки станка (10+20 с); время поворота накопителя на заданное число шагов (60-И 20 мин); число ячеек в каждой секции накопителя (44-16 шт.).

Путем имитационного моделирования в реальном масштабе времени исследовано поведение АНС в широком диапазоне возможных изменений времени обработки- деталей и поворота накопителя и числа ячеек в накопителе (емкости накопителя), в результате чего установлено влияние на простои станков номенклатуры обрабатываемых деталей (диапазона изменения времени обработки деталей в запускаемой партии), времени выполнения операции загрузки и выгрузки деталей со станка и количества ячеек в накопителе АНС (рис.2).

9 -

3? 8

а* 7 -

1 6

¡3 5

2 4"

о 3

ё 2

1

с 1 "

0

1 2 3 4 5 6 Номера партий заготовок

Рис.2. Зависимость простоев станков от номенклатуры обрабатываемых деталей: 1-/,^ = 20с;2-С7^= 18с;3-/?ч,= 16с; 4 - = 14 с; 5 -= 12 с; 6 - Л,-« = 10 с

В зависимости от номенклатуры обрабатываемых деталей суммарные простои станков в составе ГПС снижаются на 3+15% по сравнению с известными структурно-компоновочными решениями АНС (например 1Ыа-125).

п

В заключении приведены основные результаты работы и подведены итоги исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследованы основные подходы к решению задач САПР ГПС и их компонент.

2. Разработан подход к представлению системной (структурной и функциональной) организации автоматизированных . накопительных систем в ГПС для изготовления изделий в машиностроении на основе их матричных моделей.

Компонентами матричной модели являются концептуальные аналоги (матрицы) функциональных элементов АНС: накопителей и их секций для размещения и хранения изделий; приводов движений органов поиска заданного адреса ячейки, механизма реверса движения.

3. Разработана методика автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС, представленная в виде последовательно выполняемых логически упорядоченных и информационно связанных между собой этапов.

В основу предлагаемой методики положены методологические установки, учитывающие тенденции развития ГПС и подход к матрично-модельному представлению системной организации АНС.

4. Сформулированы основные требования к системной организации АНС и критерии оценки эффективности их структурно-компоновочных решений на ранней стадии проектирования.

5. Разработан на базе межотраслевого фонда эвристических приемов специализированный фонд и построен перечень временных и пространственных отношений, заимствованных из псевдофизической логики, задающих системную организацию АНС, ориентированных на синтез структурно-компоновочных решений АНС, оптимальных по заданному критерию.

6. Разработан подход генерации многообразия возможных вариантов структурно-компоновочных решений АНС, в основу которого положены процедуры расчленения исходной (базовой) т х «-матрицы, выполняющей функции несущего каркаса (платформы) АНС, на блочные матрицы, выполняющие функции секций-накопителей, а также временные и пространственные отношения.

7. Путем применения предлагаемой методики направленного синтеза получено новое структурно-компоновочное решение АНС для обработки корпусных деталей на станках с ЧПУ в составе ГПС, существенно снижающее их суммарные простои.

8. Разработан и программно реализован алгоритм имитационного моделирования поведения АНС в составе ГПС в реальном масштабе времени с целью определения суммарных простоев станков.

Путем имитационного моделирования АНС, используя данные конкретного предприятия, установлено, что применение предлагаемого структурно-компоновочного решения АНС позволит уменьшить суммарное время простоев двух станков в составе ГПС на 3-Й 5% по сравнению с известными структурно-компоновочными решениями АНС (например Ло1а-125) при одинаковых условиях моделирования.

9. Внедрение разработанных средств САПР и проведенные исследования показали, что их применение позволяет повысить качество проектных решений на раш1ей стадии проектирования АНС и сократить сроки выполнения проектных работ.

ПУБЛИКАЦИИ ПО РАБОТЕ

1. Наянзин Н.Г., Наянзин К.Н. Матричные модели автоматизированных накопителей изделий // Вестник машиностроения. -1998. - № 6. - С. 35 - 40.

2. Наянзин Н.Г., Наянзин К.Н. Матричные модели автоматизированных накопителей изделий // Вестник машиностроения. -1998. - №7.-С. 41-44.

3. Наянзин К.Н. Морфологический анализ и синтез матричных моделей двухуровневых автоматизированных накопительных систем // Вестник машиностроения. - 2000. - №5. - С. 47-51.

4. Наянзин К.Н. Матрично-модельное представление системной организации автоматизированных накопительных систем в машиностроении // Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий: Материалы междунар. науч. конф. и Российской научной школы. Ч. 1. - Ковров, 1998. - С. 107 — 108.

5. Наянзин К.Н. Принципы построеш!я матричных моделей автоматизированных накопительных систем // Математические методы в технике и технологиях ММТТ-12: Материалы междунар. науч. конф. -Великий Новгород, 1999. - С.8 - 9.

6. Наянзин К.Н. Матричные модели автоматизированных накопительных систем II Ресурсосберегающие технологии в машиностроении: Материалы науч.-техн. конф. - Владимир, 1999. -С. 93 - 94. '

7. Наянзин К.Н. Синтез структурно-компоновочных решений автоматизированных накопительных систем // Состояние и перспективы развития электротехнологии: Материалы междунар. науч.-техн. конф. -Иваново, 1999. - С. 62.

ЛР № 020275 от 13.11.96. Подписано в печать 21.11.2000. Формат 60x84/16. Бумага для множит, техники. Гарнитура Тайме. Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 1,24. Тираж 100 экз.

Заказ Ш- 2- ССО ■ Владимирский государственный университет.

Подразделение оперативной полиграфии Владимирского государственного университета. Адрес университета и подразделения оперативной полиграфии: 600000, Владимир, ул. Горького, 87.