автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Система управления процессом обслуживания формовочно-приемных агрегатов в производстве синтетических волокон с использованием автоматических манипуляторов

1. В в е д е ни е

2. Анализ производства синтетических волокон и выбор структуры системы автоматического управления процессом обслуживания.

2.1. Некоторые особенности производства синтетических волокон.

2.2. Задачи управления при автоматизации обслуживания формовочно-приемных агрегатов.

2.3. Особенности технологического процесса формования, вытягивания и намотки нити, а также его аппаратурного оформления.

2.4. Пути использования моделей массового обслуживания при синтезе системы автоматического управления.

2.5. Вывод ы.

3. Экспериментальное определение вероятностно-временных характеристик формовочно-приемных агрегатов.

3.1. Актуальность экспериментальных исследований вероятностно-временных характеристик АФП.

3.2. Методика проведения пассивного эксперимента.

3.3. Первичная обработка и предварительный анализ экспериментальных данных.

3.4. Анализ потоков заявок процесса наработки нити

3.5. Идентификация закона распределения вероятностей обрывов нити на агрегате.

3.6. Идентификация закона распределения вероятностей вызовов на агрегате

3.7. Идентификация закона обслуживания рабочих мест формовочно-приемного агрегата.

3.8. В ы в о д ы.

4. Синтез системы автоматического управления процессом обслуживания формовочно-приемного агрегата.

4.1. Разработка математической модели подсистемы "формовочно-приемный агрегат - исполнительный механизм" САУ ПО.

4.2. Задачи модели СМ0 подсистемы АФП-ИМ и возможности ее применения.

4.3. Методика аналитического определения средней интенсивности вызовов разрабатываемого агрегата

4.4. Экспериментальная проверка методики аналитического определения средней интенсивности вызовов.

4.5. Определение времени наработки средней неполновесной паковки по экспериментальным данным.

4.6. Математическое моделирование подсистемы АФП-ИМ.

4.7. Разработка алгоритма функционирования системы автоматического управления процессом обслуживания.

4.8. Структура алгоритма функционирования системы автоматического управления процессом обслуживания.

4.9. Синтез исполнительного механизма системы автоматического управления процессом обслуживания.

4.10. В ы в о д

5. Вопросы внедрения результатов работы и перспективы автоматизации обслуживания в производстве синтетических волокон.

5.1. Математическая модель подсистемы "формовочно-приемный агрегат - автоматический манипулятор"

5.2. Внедрение результатов исследований.

5.3. Выводы. б. 3 а к л ю ч е н и е

Л и т е р а т у р а

Решения ХХУ1 съезда КПСС ориентируют на то, чтобы развитие науки и техники еще в большей мере подчинить решению экономических и социальных задач советского общества. В плане одиннадцатой пятилетки предусматривается увеличение выпуска новых машин и оборудования, приборов и средств автоматизации. Для автоматизации и механизации процессов с тяжелыми неблагоприятными условиями труда предусматривается создание и освоение производства новых видов подъемно-транспортного оборудования и автоматических манипуляторов, которые найдет применение практически во всех отраслях народного хозяйства.

В химической и нефтехимической промышленности в XI пятилетке объем продукции увеличивается на 30 * 33 процента, в частности, выпуск химических волокон и нитей до 1,6 млн.тонн, при повышении производительности труда по отрасли на 28 - 30?° [i]. В основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года в химической и нефтехимической промышленности предусматривается создание агрегатов большой мощности для выпуска химических волокон.

В производстве химических волокон поставленные задачи выполняются созданием прогрессивного малооперационного оборудования, агрегатов и машин, выполняющих несколько технологических операций, ранее выполнявшихся на отдельных агрегатах.

Переход к малооперационным технологиям и создание высокоэффективного и высокопроизводительного оборудования невозможны без подъема технической вооруженности труда. В текущей пятилетке всемерно внедряется комплексная механизация и автоматизация производственных процессов, сокращается во всех отраслях численность работников, занятых ручным трудом, особенно на вспомогательных и подсобных работах [i] . В основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года указывается на необходимость повысить технический уровень и качество средств автоматизации и приборов, существенно увеличить производство автоматических манипуляторов с программным управлением, позволяющих исключить применение ручного малоквалифицированного и монотонного труда.

Одной из важнейших проблем одиннадцатой и двенадцатой пятилеток является проблема трудовых ресурсов. В этой пятилетке приток трудовых ресурсов на производство сократился, многие предприятия испытывают острую потребность в рабочих кадрах. В следующей пятилетке в народное хозяйство придет на 8 млн. человек меньше [2] .В настоящее время в народном хозяйстве ручным трудом занято около 4-5 млн. человек. Это и есть тот резерв, за счет которого должен восполняться дефицит трудовых ресурсов. На Июньском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС было подчеркнуто:".для повышения эффективности производства необходимо резко сократить использование ручного труда, прежде всего путем комплексной механизации" [з]. Есть и другая социальная причина, которая также настоятельно подталкивает к быстрейшей автоматизации и механизации производства. Сейчас в стране 84$ населения со средним образованием, в середине 80-х годов выйдет на пенсию поколение, которому война помешала закончить десятилетку и получить высокую квалификацию. К концу одиннадцатой пятилетки на производство придут люди только со средним образованием и, естественно, они будут стараться овладеть какой-либо перспективной специальностью, а желающих заниматься тяжелым трудом будет все меньше [3]. Производственники все активнее заявляют:". с каждым годом все труднее находить кадры для выполнения малоквалифицированных, монотонных тяжелых работ." [4]. Это по данным паспортизации ручного труда в производстве синтетических волокон, проведенной на предприятиях подотрасли, уровень ручного труда составляет в настоящее время 46% [5 ]. В основном, это трудовые операции, связанные с перемещением нитей в виде паковок или в контейнерах, а также операции по заправке нитей на текстильных агрегатах или обработке паковок, то есть поиск нити на паковке, отматывание нити с паковки, закрепление нити на паковке или патроне и операции, связанные с контролем качества нити. Механизация и автоматизация именно этих трудоемких технологических операций в производстве синтетических волокон и является основной задачей подотрасли синтетических волокон, выполнение которой повысит производительность труда, эффективность использования оборудования и освободит рабочие руки для решения других народнохозяйственных задач. Вместе с тем автоматизация и механизация трудоемких операций в производстве синтетических волокон позволит освободить прядильщиц, перемотчиц, ставилыциц и работниц аналогичных профессий от интенсивного монотонного физического труда, а также, учитывая острый дефицит рабочих рук, вводить в строй новые мощности по производству волокна, не привлекая дополнительных трудовых ресурсов. То есть, механизация и автоматизация трудоемких технологических операций в производстве синтетических волокон позволяют производить реконструкцию производств и вводить новые технологии и оборудование, в принципе неработоспособные без средств механизации и автоматизации. Таким образом, актуальность и необходимость механизации и автоматизации на предприятиях подотрасли совершенно очевидна. В данной диссертационной работе рассматриваются теоретические и практические вопросы механизации и автоматизации трудоемких технологических процессов на примере процесса смены паковок на рабочих местах высокоскоростного формовочно-приемного агрегата (АФП) для производства полиамидных нитей, а целью работы является разработка системы автоматического управления процессом обслуживания на примере АФП и синтез автоматического манипулятора для смены паковок.

Основными теоретическими результатами данной работы являются:

- экспериментальное определение закона распределения вероятностей обрывов нити на высокоскоростных АФП;

- экспериментальное определение закона распределения вероятностей вызовов на высокоскоростных АФП;

- экспериментальное определение закона обслуживания для высокоскоростных АФП;

- разработка математической модели подсистемы АФП исполнительный механизм применительно к процессу наработки паковок;

- разработка структурной схемы системы автоматического управления процессом обслуживания АФП и подобных машин.

Практическая значимость работы заключается в использовании большей части разработок в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах ( в лаборатории механизации и автоматизации Всесоюзного научно-исследовательского института синтетических волокон) при выдаче исходных требований на автоматизацию трудоемких технологических процессов в производстве синтетических волокон, в частности:

- для технологического процесса получения полиамидной текстильной нити с совмещением операций формования, вытягивания и текстурирования при скорости 1500 * 2500 м/мин;[б]

- для технологического процесса получения полиамидной кордной ткани и капроновых нитей; [5]

- при разработке автоматического манипулятора смены паковок МСП-1 и МСП-2 конструкции ВНИИСВ, прошедших макетные испытания на Даугавпилсском ПО "Химволокно".

Диссертация состоит из шести разделов изложенных на страницах машинописного текста с 18 иллюстрациями и 16 таблицами, содержит список литературы 115 наименований и 6 приложений.

5.3. Выводы

1. Рассмотрено практическое значение идентификации законов распределения вероятностей обрывов нити и вероятностей вызовов, а также закона обслуживания. Определены задачи дальнейших экспе-риментелышх исследований агрегатов. Определены возможности применения рассмотренной в работе одноканальной системы массового обслуживания, а также направления совершенствования модели процесса обслуживания и модели комплекса средств обслуживания всего текстильного производства синтетических волокон.

2. Перечислены работы ВНИИСВ, где использованы результаты диссертационной работы и приведена эффективность внедрения результатов работы в промышленность и научно-исследовательские работы.

б. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ структуры производства синтетических волокон показывает определяющее значение стадии формования и вытягивания для повышения производительности всего процесса, которая в современных условиях достигается увеличением скорости наработки и массы единичной паковки с совмещением формования и вытягивания на одном агрегате. Эти факторы определяют необходимость и актуальность разработки систем автоматического управления процессом обслуживания агрегатов, исполнительным механизмом которых является устройство смены паковок, заменяющее оператора на самой трудоемкой операции. Особенности технологии производства и конструктивного оформления агрегатов позволяют сформулировать задачу управления в соответствии, с целью автоматизации и определить круг задач, решение которых необходимо для достижения поставленной цели; эти же факторы определяют структуру системы управления и модель процесса обслуживания - систему массового обслуживания (СМО). Решение модели СМО предполагает получение вероятностно-временных характеристик моделируемого процесса. Эти характеристики можно получить проведением пассивного эксперимента на агрегате и статистической обработкой данных. Моделирование процесса обслуживания агрегата позволяет получить структуру устройства смены паковок (УСП), его скоростные характеристики и операции, выполняемые УСП в цикле обслуживания; при этом учитываются и возможности человека - оператора. Полученные данные являются исходными для конструктивной проработки УСП и позволяют разработать алгоритм функционирования системы автоматического управления процессом обслуживания, а также алгоритм работы УСП.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

I. В результате исследования технологического процесса наработки синтетического волокна на фбрмовочно-приемном агрегате (АФП) и процесса его обслуживания обоснована и разработана структура системы автоматического управления процессом обслуживания (САУ ПО).

2. На основании данных пассивного эксперимента идентифицированы: закон распределения вероятностей обрывов нити в процессе формования и вытягивания, закон распределения вероятностей вызовов на обслуживание АФП и закон обслуживания рабочих мест агрегата, при этом были определены средние значения параметров распределений.

3. Разработана математическая модель подсистемы "агрегат -устройство смены паковок - оператор" и проведено математическое моделирование подсистемы.

Разработан алгоритм функционирования системы автоматического управления процессом обслуживания а также алгоритм исполнительного механизма системы управления - устройства смены паковок.

5. На основании алгоритмов функционирования системы автоматического управления и устройства смены паковок, а также вероятностных состояний системы проведен синтез структуры устройства смены паковок.

6. На основании структуры и конструкции устройства смены паковок разработана система автоматического программного управления УСП, выполняющая алгоритм функционирования.

7. Разработана методика аналитического определения средней интенсивности вызовов на обслуживание рабочих мест агрегата, в процессе его эскизной проработки.

8. Проведены испытания двух модификаций устройства смены паковок на действующем агрегате кордного производства Даугавпилсско-го производственного объединения Химволокна.

9. По материалам диссертационной работы разработана отраслевая методика "Определение технических характеристик средств автоматической смены паковок на формовочно-приемном агрегате в производстве синтетических волокон". Все рекомендации методики доведены до инженерных решений в виде вычислительных алгоритмов, приведенных в приложениях методики в форме распечатки программ для ЭВМ М-222.

10. Экономический эффект от применения разработанного УСП на кордном производстве Даугавпилсского ПО Химволокно составит 14,7 тыс.руб. в год, а от внедрения системы автоматического управления процессом обслуживания, только за счет уменьшения времени простоя рабочих мест составит 24,15 тыс.руб. в год, при этом производительность труда операторов возрастет на 30%.

1. Основные направления развития народного хозяйства СССР на 1.8I-I9S5 годы и на период до 1990 года. - В кн.: Материалы ХХУ1 съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981. - 223 с.

2. Волкевич Л.В. Стратегия механизации. Труд, 1983, № 152, с.2.

3. Андропов Ю.В. Выступление на открытии Июньского (1983 г.) Пленума ЦК КПСС. Партийная жизнь, 1983, № 13, с. 7.

4. Леошкевич И.С., Курохтин B.C. Опыт передовых предприятий по внедрению научных разработок Текстильная промышленность, 1982, L- 4, с. 32-36.

5. Разработать средства механизации и автоматизации трудоемких операций в производстве капроновых нитей и кордной ткани. -Отчет по НИР. .,'2 Г.Р. 77 0296 02, Калинин, ВНИИСВ, I9SI, 66 с.

6. Роговин З.А. Основы химии и технологии химических волокон.-т. 1,2. М.: Химия, 1975. 864 с.

7. Фишман К.Е., Хрузин Н.А. Производства волокна капрон. -М.: Химия, 1967. 247 с.

8. Jm fcftckspieget: 'THA 83. TertiHechnLt,s> ъгг ъмо.

9. Spitoiifecks&r ^cir die graven jSp«0en. Textittecfiruk, да,1.s. 263.

10. Научно-исследовательские работы по разработке системы механизации операций намотки и транспортировки паковок для приемно-намоточных машин. Отчет по НИР. Ш Г.Р. 79008721, Чернигов, ВНИИМСВ, 1979. - с.59.

11. Gorn.i.W, 4atomaiisierte Optimieruwj ifon Mehrmcischlenen-^edlenungssystemfcii in dcr ToiMwiclusirie. TeH-iltechnlk,1№, 1$, S. ZSO-251.

12. Половко A.M. Основы теории надежности. M.: Машиностроение, 1964. - 391 с.

13. Губинский А.И. Теория надежности приборов,средств автоматизации и систем управления. М.: Машиностроение, 1974.- 247 с.

14. Нахапетян Е.Г. Определение критериев качества и диагностирование механизмов. М.: Наука, 1977. - 115 с.

15. Губинский А.И. Надежность и качество функционирования эрга-тических систем. Л.: Наука, 1982.- с.268.

16. Голуб В.М. Разработка и исследование процесса и механизмов намотки синтетических нитей, обеспечивающих формование паковок с заданными свойствами. Дис. . канд.техн. наук -М., 1978. - 191 с.27. ^chnettsplnnmaschLene 2063= Textlttechnik , AQM, S. 329.

17. Barwag Chtmitjaszrn and iw&wdustnt,5 Ш ru ■ t J

18. Schitlsful-torrickmq Ъата%. Штфьггпйand TextlfcMcLiidrU, -ш, м7 s. hz.

19. Ъагтау £D. Ch&wtija&ern and

20. Tex-tlfUwdusfcri'e, 1Щ U6, S.480.

21. Die neue fipudsgstm, Chmiifas>ern und TeMindusfm, A sж

22. Яськов А.Г. О путях реализации беспатронной намотки технических нитей на формовочных машинах. В кн.: Создание прогрессивного оборудования для производства химических волокон: Тез. докл. Всесоюзн. научно-техн. конф. Чернигов, 1982.с. I4G-I4I.

23. Кузмичев Ю.К. Анализ требований к электроприводам наматывающих аппаратов с учетом особенностей микропроцессорного циклового управления. Там же, с. 38-40.

24. Кузмичев Ю.К. Выбор рациональной структуры микропроцессорной системы управления электроприводом наматывающего аппарата. Там же, с. 41-44.

25. Рысюк Б.Д. Разработка бесфрикционных приемно-намоточных устройств с регулируемым натяжением нити. -Там же, с.138-140.

26. Минак А.Я., Руденко А.А. Электродвигатели скольжения типа ЭДС для многоприводных приемно-намоточных машин. Там же, с. 157-160.

27. Губинский А.И. Основные понятия теории надежности применительно к человеку. Стандарты и качество, 1967, № I,с.36-39.

28. Губинский А.И., Суходольский Г.В. Понятие отказа в применении к оператору. В кн.: Инженерная психология в приборостроении. Г.1.: 1967. - с. I24-I3I.

29. Губинский А.И. Надежность и эффективность "системы контроля- человек". Там же, с. I3I-I39.

30. Губинский А.И., Лонов Б.Ф., Мансуров P.M. Теория надежности в применении к человеку-оператору. Там,же, -с.10-15.

31. Амбарцумян К.А. Надежность и эффективность управления человеко-техническими системами. Тез. докл. Всесоюзн. симпоз. по эффективности, качеству и надежности систем человек - техника". Л.:, 1978. - с.20-21.

32. Козубовский В.М., Новиков В.Д. Оценка и оптимизация надежности принятия решений и их реализация в системах "человек-машина", Там же, - с.28.

33. Саати Л.Т. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. М.: Советское радио, 1971. - 515 с.

34. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Советское радио, 1972. - 560 с.

35. Кофман А., Крюон Р. Массовое обслуживание, теория и применение. М.: Прогресс, 1965. - 323 с.

36. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. М.: Наука, 1966. - 348 с.

37. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Наука, 1980. -206 с.

38. Овчаров Л.А. Прикладные задачи теории массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1969. - 244с.

39. Вахлин Л.С., Маслов А.Д. К вопросу математического моделирования операций по перезаправке рабочих мест формовочно-вытяжных машин. В кн.: Теория и практика формования химических волокон: Тез. докл. Всесоюзн. научно-техн. конф., Мытищи, 1983. с.152-153.

40. Лукин А.И. Системы массового обслуживания. М.: Военное издательство Министерства Обороны СССР, 1930. - 188 с.

41. Тернер Д. Вероятность, статистика и исследование операций. М.: Статистика, 1975. 374 с.

42. Кузин Л.Т. Основы кибернетики, т.2. -М.: Энергия, 1979. -584 с.

43. Розенберг В.Я., Прохоров А.И. Что такое теория массового обслуживания. М.: Советское радио, 1962. - 203 с.

44. Кениг Д., Штойян Д. Методы теории массового обслуживания. -М.: Радио и связь, 1981. 127 с.

45. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло и смежные вопросы. -М.: Наука, 1977. 98 с.

46. Лившиц А.Л., Мальц Э.А. Статистическое моделирование систем массового обслуживания.- М.: Советское радио, 1978.- 247 с.

47. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979. - 368 с.

48. Прабху Н. Методы теории массового обслуживания и управления запасами: Изучение основных случайных процессов. М.: Машиностроение, 1969. - 79 с.

49. Такач Л. Комбинаторные методы в теории случайных процессов.-М.: Мир, 1979. 321 с.

50. Смирнов Н.В., Дудин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей математической статистики. М.: Наука, 1969. - 511 с.

51. Шиндовски Э., Шюрц 0. Статистические методы управления качеством. М.: Мир, 1976. - 597 с.69