автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Совершенствование системы автоматизированной подготовки литейного производства на основе моделирования технологических процессов с учетом распределения энергопотоков

ГЛАВА 1.АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЗАГРУЗКИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ.

1.2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА.

1.3. АНАЛИЗ МЕТОДОВ СИСТЕМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

1.4. АНАЛИЗ ОГРАНИЧЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

1.5. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПО РАСЧЁТУ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 2. ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ

АЛЬТЕРНАТИВНЫХ

ВАРИАНТОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

2.1. КОМПЛЕКСНАЯ БЛОК-СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРУКТУРНОГО ЭЛЕМЕНТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

2.2. РАЗРАБОТКА ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОГРАНИЧЕНИЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

2.3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СТРУКТУРЫ И СОДЕРЖАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

2.4. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПО

ОГРАНИЧЕНИЯМ.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАГРУЗКИ ' ОСНОВНОГО

ЛИТЕЙНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

ЗЛ. ОБЩАЯ СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАГРУЖЕННОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ВО ВРЕМЕНИ.

3.2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЗАГРУЗКИ ОСНОВНОГО ЛИТЕЙНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

3.3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЗАГРУЗКИ ОСНОВНОГО ЛИТЕЙНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4.0БРАБ0ТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПО РАСХОДУ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В УСЛОВИЯХ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

4.1. ПОЛУЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

4.2. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ И ПОЛУЧЕНИЕ

КОЭФФИЦИЕНТОВ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ.

ВЫВОДЫ.

Как известно, В широком смысле на любом уровне - от фирмы до национальной экономики - под научно-техническим прогрессом подразумевается создание и внедрение новой техники, технологии, материалов, использование новых видов энергии, а также появление ранее неизвестных методов организации и управления производством.

Внедрение новой техники и технологии - это весьма сложный и противоречивый процесс. Принято считать, что совершенствование технических средств снижает трудозатраты, долю труда в стоимости единицы продукции. Однако в настоящее время технический прогресс "дорожает", так как требует создания и применения все более дорогостоящих станков, линий, роботов, средств компьютерного управления; повышенных расходов на экологическую защиту. Все это отражается на увеличении доли затрат на амортизацию и обслуживание применяемых основных фондов в себестоимости продукции.

Тем не менее, конкурентоспособность фирмы или предприятия, их способность удержаться на рынке товаров и услуг зависит, в первую очередь, от восприимчивости производителей товаров к новинкам техники и технологии, позволяющим обеспечить выпуск и реализацию высококачественных товаров при наиболее эффективном использовании всех видов ресурсов.

В рыночных условиях работы предприятия вынуждены не просто добиваться минимального уровня затрат на выпуск продукции, но и управлять ими, обеспечивая максимальную эффективность производства при постоянно меняющейся конъюнктуре. Реализация этих целей достигается при использовании автоматизированной системы подготовки производства (АСПП)[1]. Создание АСПП является сложной комплексной проблемой, требующей методологического единства всех этапов проектирования, учёта во взаимосвязи обширных функциональных и информационных потребностей, тщательной проработки технологических аспектов. АСПП конкретных отраслей имеют свою специфику[2]. Для литейного производства, являющегося важнейшей заготовительной базой автомобилестроения, характерны достаточно высокая энергоёмкость (на КамАЗе на его долю приходится более 1/3 энергопотребления предприятия и около 20% себестоимости выпускаемого литья составляют затраты на энергоресурсы) с одной стороны, с другой стороны наличие ограничений, накладываемых поставщиками электроэнергии, строгое соблюдение технологии и другие [3]. В рыночных условиях особенно актуальным для предприятий является соблюдение условий по срокам выполнения заказа

4.5]. В связи с этими обстоятельствами реальным шагом в снижении себестоимости продукции литейного производства и выполнении заявленных перед потребителями обязательств как по качеству продукции, так и по срокам является рациональное управление процессом загрузки основного, наиболее энергоёмкого технологического оборудования с учётом ряда ограничивающих факторов.

Сложность определения затрат электроэнергии на некоторых операциях получения отливок определяется спецификой литейного производства. Поэтому при расчётах принято использовать нормирование

5.6]. Но использование нормативов не позволяет учитывать всех особенностей реальных динамических систем и поэтому существует необходимость в создании системы, учитывающей особенности литейного производства [7].

Исходя из этого, методики проектирования технологического процесса (ТП), наряду с разработкой содержания ТП и расчётом его параметров, должны обеспечивать получение законченного комплекса итоговых показателей каждого варианта его выполнения, необходимого для объективной сравнительной оценки эффективности всех альтернативных вариантов его реализации и отбора оптимального варианта.

Для того, чтобы выбрать оптимальный вариант энергопотребления заготовительного производства при минимальных затратах и выполнении производственных функций, необходимо создать модель, которая, не требуя коренной реструктуризации, предоставляла бы возможности расчёта в единстве как технологических, так и экономических аспектов.

Наиболее правильное решение можно принять тогда, когда мы имеем в достаточной мере достоверное описание объекта, относительно которого мы его принимаем.

Необходимым условием автоматизации какого бы ни было процесса является возможность его представления в виде такой модели, которая описывается типовыми элементами и связями (информационных, пространственных, временных), их соединяющими. Такое описание раскрывает широкие возможности исследования, анализа, поиска решения (или альтернативных решений), наиболее удовлетворяющего комплексу необходимых условий и ограничений.

Новизна научных положений, выносимых на защиту:

1) разработана функционально-структурная модель для системной генерации процесса формирования альтернативных вариантов технологических процессов литейного производства и система ограничений на данные технологические процессы с целью выбора оптимального варианта технологического процесса;

2) разработана модель управления процессом загрузки оборудования на основе моделирования технологических процессов и решена задача оптимизации процесса управления загрузкой технологического оборудования на основе разработанной динамической модели.

Практическая значимость работы:

1) разработан модуль автоматизированной системы подготовки литейного производства, представляющий собой функционально-структурную модель и алгоритмы для системной генерации процесса формирования альтернативных вариантов технологических процессов, включающий в себя математическую модель и алгоритм оптимизации загрузки оборудования с учётом ограничений на технологический процесс;

2) разработаны алгоритмы и структуры баз данных для формирования альтернативных вариантов технологических процессов литейного производства;

3) обоснована система ограничений по уровням технологического процесса, позволяющая на практике обеспечить выбор оптимального варианта технологического процесса;

4) разработаны алгоритмы для реализации модели оптимального управления процессом загрузки основного литейного оборудования;

5) выявлены практически важные динамические зависимости, позволяющие осуществить эффективное управление технологическими процессами литейного производства ОАО "КамАЗ".

6) результаты исследования использованы для определения коэффициентов настройки модели управления процессами загрузки основного оборудования литейного производства ОАО "КамАЗ".

Методы исследования. В работе в качестве метода моделирования технологических процессов использован метод функционально-структурной дифференциации технологических процессов; метод динамического программирования Беллмана для описания и решения задачи управления процессом загрузки технологического оборудования; методы анализа временных рядов для выявления закономерностей изменения потребляемой энергетической мощности.

Реализация работы Результаты исследований внедрены в ОАО "Камский Литейный Завод" в виде методик и алгоритмов автоматизированной подготовки литейного производства, также применяются в учебном процессе Камского государственного политехнического института.

Публикации. Основное содержание работы раскрыто в 9 опубликованных научных трудах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 „ Разработан модуль автоматизированной системы подготовки литейного производства, представляющий собой программную реализацию функционально-структурной модели для системной генерации процесса формирования альтернативных вариантов технологических процессов литейного производства, включающий в себя математическую модель и алгоритм оптимизации процесса управления загрузкой оборудования с учётом ограничений на технологический процесс литейного производства.

2. Создана функционально-структурная модель для системной генерации процесса формирования альтернативных вариантов технологических процессов литейного производства, включающая в себя модель структуры и модель содержания, позволяющая формировать альтернативные варианты технологических процессов.

3. Разработана система ограничений на технологические процессы литейного производства для выбора оптимального варианта технологического процесса.

4. Создана математическая модель оптимального управления загрузкой оборудования на основе моделирования технологических процессов.

5. Определены коэффициенты настройки модели на примере литейного производства ОАО "КамАЗ".

1. Казенков Г.Г., А.Г. Соколов: "Основы построения САПР и АСТПП". Москва, "Высшая школа", 1989. с.340.

2. Ступаченко А.А.: "САПР технологических операций". Ленинград, "Машиностроение", 1988. с.235.

3. Митрофанов В.Г., Калачев О.Н., Схиртладзе А.Г. и др.: "САПР в технологии машиностроения", Ярославль, ЯГТУ, 1995. с.ЗОО.

4. Ильенкова С.Д.: "Производственный менеджмент". Москва, "Юнити", 2000. с.584.

5. Макаренко М.В., Махалина О.М.: "Производственный менеджмент". Москва, "Приор", 1998. с.384.

6. Гунин В.М., Копцев Л.А., Никифоров Г.В.: "Опыт нормирования и прогнозирования электропотребления предприятия на основе математической обработки статистической отчётности". Промышленная энергетика, № 2, 2000. с.2-5.

7. Разумов И.М.: "Научная организация и нормирование труда в машиностроении". Москва, "Машиностроение", 1975. с.346.

8. Соломенцев Ю.М.: "Основы автоматизации производства". Москва, Машиностроение, 1995. с.310.

9. Аникин Б.А.: "Практикум по логистике". Москва, "Инфра-М", 1999. с.228.

10. Ю.Кремер Н.Ш.: "Исследование операций в экономике". Москва, 2000. с.230.

11. П.Аникин Б.А.: "Логистика". Москва, "Инфра-М", 1997. с.80.

12. Аникин А.В.: "Теория потребительского поведения и спроса". СПб, 1993. с.320.

13. Алексеев О.Г.: "Комплексное применение методов дискретной оптимизации", Москва, "Наука", 1987. с.247.

14. Плискин Л.Г.: "Оптимизация непрерывного производства". Москва, "Энергия", 1975. с.336.

15. Гагин А. А.: "Исследование эффективности использования производственных ресурсов с помощью методов линейного программирования". Москва, "Машиностроение", 1993. с.78.

16. Мину М.: "Математическое программирование. Теория и алгоритмы". Москва, "Наука", 1990. с.448.

17. Дягтярев Ю.И.: "Исследование операций". Москва, "Высшая школа", 1986. с.320.

18. Неймарк Ю.И., Коган Н.Я., Савельев В.П.: "Динамические модели теории управления". Москва, "Наука", 1985. с. 400.

19. Шикин Е.В., Чхартишвилли А.Г.: "Математические методы и модели в управлении", Москва, "Дело", 2000. с.440.

20. Каяшев А.И., Митрофанов В.Г., Схиртладзе А.Г.: "Методы адаптации при управлении автоматизированными станочными системами". Москва, "Машиностроение", 1995. с.240.

21. Беленький A.M., Бердышев В.Ф.: "Автоматическое управление металлургическими процессами". Москва, "Энергия", 1985. с.235.

22. Бабук И. М.: "Организация, планирование и управление машиностроительным предприятием". Минск, "Высшая школа", 1988. с.436.

23. Маслов А.Ф.: "Экономика, организация и планирование литейного производства". Москва, "Машиностроение", 1975. с.352.

24. Деордица Ю.С.: "Исследование операций в планировании и управлении". Киев, "Высшая школа", 1991. с.270.

25. Михалевич B.C., Кукса А.И.: "Методы последовательной оптимизации дискретных сетевых задачах оптимального распределения ресурсов". Москва, "Наука", 1983. с.208.

26. Сорокин И.С., Колонии А.В.: "Пути перестройки управления энергосбережением". Промышленная энергетика, № 11, 1990. с.2-6.

27. Иванов С.М.: "Планирование удельного энергопотребления на основе балансовой модели". Энергетика, № 3, 1990. с.2-8.

28. Фролов В.Н., Львович Я.Е., Меткин Н.П.: "Автоматизированное проектирование технологических процессов и систем производства РЭС". Москва, "Высшая школа", 1991. с.286.

29. Касьянов С.В.: "Машинное описание полной технологической характеристики инструментов. Новые технологические процессы в механической обработке // Тезисы докладов конференции Киев, 1992.с.61-62.

30. Касьянов С.В., Васильченко, Н.Н. Суменко А.В.: "Машинный анализ затрат на стадии проектирования техпроцессов. Научный потенциал ВУЗов -программе "Конверсия"" // Тезисы докладов НТК. Казань, 1993. с.38-43.

31. Лепорский В.Д., Замидра В.И., Филатов А.Г.: "Автоматизированная система управления электропотреблением на крупном промышленном предприятии". Промышленная энергетика, № 5, 1984. с.2-4.

32. Райков Г.И., Димитракиева С.Р.: "Комплексная экономическая оценка эффективности мероприятий по экономии электроэнергии в промышленности". Промышленная энергетика, № 6, 1991. с.20-26.

33. Маркович И.М.: "Режимы энергетических систем". Москва, "Энергия", 1969. с.272.

34. Венников В. А.: "Электрические системы: электрические расчеты, программирование и оптимизация режимов". Москва, "Высшая школа", 1973. с.183.

35. Савалов С.А.: "Автоматизация управления энергообъединениями". Москва, "Энергия", 1979. с.234.

36. Голованов П.И.: "Энергосистема и потребители электрической энергии". Москва, "Энергоатомиздат", 1984.с.280.43."Правила пользования электрической и тепловой энергией". Москва, "Энергоиздат", 1982.С.300.

37. ГОСТ 27322-87. "Энергобаланс промышленного предприятия. Общие положения".

38. ГОСТ 1309-97. "Нормы качества электрической энергии в системах энергосбережения общего назначения".

39. РД 34.20.501-95. "Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ". Москва, 1996.

40. Симонова Л.А.: "Разработка альтернативных вариантов роторных линий механической обработки на стадии технологического проектирования с целью обеспечения оптимальных характеристик работоспособности" // Автореферат диссертации. Москва, 1995. с.22

41. Коновал Д.Г., Каяшев А.И., Митрофанов В.Г., Соломенцев ЮМ., Схиртладзе А.Г.: "Технология и проектирование автоматизированных станочных систем". Москва, "Станкин", 1998. с.236.

42. Гельман Г.А.: "Автоматизированные системы управления энергоснабжением промышленных предприятий". Москва, "Энергоатомиздат", 1984. с.256.

43. Арзамасцев Д.А.: "АСУ и оптимизация режимов энергосистем". Москва, "Высшая школа", 1983. с.208.

44. Арзамасцев Д.А., Липес А.В.: "Модели оптимизации развития энергосистем". Москва, "Высшая школа", 1984. с. 183.

45. Мушик Э., Мюллер П.: "Методы принятия технических решений". Москва, "Мир", 1990. с.264.

46. Садыков И.Х.: "Метод динамического программирования и применение его для принятия организационно-экономических решений". Набережные Челны, КамПИ, 1997. с.40.

47. Садыков И.Х.: "Модели управления запасами". Набережные Челны, КамПИ, 1997. с.40.

48. Топчеев Ю.И.: "Атлас для проектирования систем автоматического регулирования". Москва, "Машиностроение", 1989. с.752.

49. Прабху Н.У.: "Стохастические процессы теории запасов". Москва, "Мир",1984. с.185.

50. Алексеев В.М.: "Оптимальное управление". Москва, "Наука", 1979. с.432.

51. Таха X.: "Введение в исследование операций", том 1. Москва, "Мир", 1985. с.450.

52. Сакович В.А.: "Исследование операций". Минск, "Высшая школа", 1984. с.256.

53. Реклейтис Г.: "Оптимизация в технике", том 1. Москва, "Мир", 1986. с.280.

54. Турчак JT. И.: "Основы численных методов". Москва, "Наука", 1987. с.320.

55. Розен В.В.: "Цель оптимальность - решение". Москва, "Радио и связь",1982. с.216.

56. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М.: "Практическая оптимизация". Москва, "Мир",1985. с.509.

57. Ковальски Р.: "Логика в решении проблем". Москва, "Наука", 1990. с.277.

58. Хофер Э., Лундерштедт Э.: "Численные методы оптимизации". Москва, "Машиностроение", 1981. с. 192.

59. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П.: "Численные методы". Москва, "Наука", 1987. с.600.

60. Краскевич В. Е.: "Численные методы в инженерных исследованиях". Киев, "Высшая школа", 1986. с.263.

61. Ганшин Г.С.: "Методы оптимизации и решение уравнений". Москва, "Наука", 1987. с. 125.

62. Банди Б.: "Методы оптимизации, вводный курс". Москва, "Радио и связь",1988. с.128.

63. Рыков А.С.: "Поисковая оптимизация. Методы деформируемых конфигураций". Москва, "Наука", 1993. с.216.

64. Мостеллер Ф., Дж. Тьюки: "Анализ данных и регрессия". Москва, "Финансы и статистика", 1982. с.239.

65. Тюрин Ю.Н., Макаров А. А.: "Статистический анализ данных на компьютере". Москва, "Инфра-М", 1998. с.528.

66. Гмурман В.Е.: "Теория вероятностей и математическая статистика". Москва, "Высшая школа", 2000. с.364.

67. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А.: "Справочник по математике". Москва, "Наука", 1980. с.976.

68. Скорняков JI.A.: "Элементы теории структур". Москва, "Наука", 1982. с.158.

69. Ермаков С.М., Жиглявский А.А.: "Математическая теория оптимального эксперимента". Москва, Наука, 1987, с.320.