автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Структурное моделирование гибких производственных систем в производстве испарителей

ИНСТИТУТ КИБЕРНЕТИКИ им. акад. А.И.Гусейнова

1 о ФЕВ да

РГ6 од

АКАДЕМИИ НАУК АЗЕРБАЙДЖАНА

На правах рукописи УДК 621.38

РАГШОВ ШАФАГАТ РАГИМ оглы

СТРУКТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИСПАРИТЕЛЕЙ

05.13.07.-Автоматизация технологических прсцесоов к производств (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой: степени каыдатзта технических наук

Б А К У - 1997

Работа выполнена в Азербайджанской Государственной Нефтяной Академии

Научные руководители:

лауреат Государственной премии СССР, . член-корреспондент АН Азербайджанской Реслублиси, доктор технических наук, профессор АЛИЕВ P.A.

доктор технических наук, профессор АХМЕДОВ М.А.

Официальные оппоненты: -доктор технических наук,профессор КЕРИМОВ С.Г. -кандидат технических наук, доцент НАМАЗОВ М.В.

Ведущая организация: НПО "Нефтгазавгомат"

Защита состоится jS ^ß^CyiQl997 г. в Щ часов на заседании специализированного Совета Д004.21.01 при Институте Кибернетики АН Азербайджана по адресу: 370!41, г.Баку, ул. Ф.Агаева.Э.

С диссертацией мошо ознакомиться в библиотеке Мнстиута Кибернетики АН Азербайджана.

Автореферат

Ученый секретарь специализированного совета, кандитат технических наук

Г-

МИРЗОЕВ Т.М.

ч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Гибкая производственная система (ГПС) является технической системой определенной сложности, проектирование которой связано с большими затратами интеллекта, времени и денежных средств. Неудачное проектное решение, особенно на этапе системотехнического проектирования, сопровождается значительными экономическими потерями в процессе внедрения и эксплуатации.

Опыт проектирования и эксплуатации ГПС показал, что основная часть времени их создания идет на проектирование, технологическую подготовку производства, вспомогательные операций и внедрение в производственных условиях. Не достатки первоначального проектного решения обнаруживаются лишь на этапе внедрения и требуют дополнительных трудовых и денежных ресурсов. Сказанное еще больше усугубляется при создании и внедрении ГПС в действующих производствах.Следовательно,применение методов структурного моделирования для полной апробации предложенных проектных решений на этапе системотехнического проектирования приобретает особо важное значение. Несмотря на то, что исследованы вопросы автоматизации отдельных этапов проектирования ГПС,на сегодняшний день отсутствует комплексный подход к решению этой проблемы на начальном этапе ее проектирования.

Решению этих задач и разработке системы структурного моделирования, обеспечивающей исследование и проведения машинных экспериментов выбранных проектных решений на этапе системотехнического проектирования с учетом требований конкретных производств, посвящена настоящая диссертационная работа.

Работа выполнялась в соответствии с научно -технической программой 0.16.10 "Создать и освоить гибкие автоматизированные производства на основе передовых технологических процессов, гибких переналаживаемых комплексов, промышленных роботов и микропроцессорной техники". Проведенные исследования базируются на результатах законченной научно-исследовательской работы по теме "Разработка и внедрение робото технических систем в цехе испарителей Сумгаитского алюминиевого завода" (Л гос. регистрации 01880056017 от 01 января 1987 г.).

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка системы структурного моделирования ГПС и инструментальных программных средстЕ для ее реализации, обеспечивающие полный

машинный эксперимент и анализ результатов предполагаемой ГПС на этапе предварительного системотехнического проектирования.

Метощ_иссле50вашй_базир^ются на использовании математического моделирования к программирования, методов искусственного интеллекта и аппарата булевых функций.

Полученные теоретические результаты проверялись машинными экспериментами разработанных моделей и алгоритмов, а эффективность системы структурного моделирования подтверждена результатами внедрения разработанной ГПС в действующем производстве.

На£чная_новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:

- разработана система структурного моделирования ГПС в производстве испарителей;

- разработана кинематическая схема механического узла - рука манипуляционного робота, позволяющая автоматизировать построение математических моделей стандартных и нестандартных механических модулей с учетом особенностей ГПС производства испарителей;

-разработано алгоритмическое обеспечение системы структурного моделирования ГПС и программы для его реализации, обеспечивающее построение структурных моделей активных элементов, синтег из этих элементов структурной модели ГПС и ее исследование машинными экспериментами на этапе системотехнического проектирования ГАП испарителей;

-с использованием системы структурного моделирования разработаны ГПС создания пакета и его прокатки, а также алгоритм ее функционирования в виде логико-лингвистических моделей, внедренные в действующем производстве испарителей.

Практическая ценность работы. Разработанная система структурного моделирования, алгоритмические и программные обеспечения, включены в состав технического и рабочего проектов ГАП испарителей.

Основные результаты внедрены в: ГПС зачистки карточек и нанесения рисунка на них; существующей ГПС создания пакета и егс прокатки; учебном процессе в Азербайджанском Индустриальном институте.

Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертации составил 124.8 тыс. рублей (по ценам 1990 года).

Апробация работы. Основные теоретические положения, результаты исследований и выводы диссертации докладывались и обсуждались на:

-Всесоюзной научно - технической конференции " Проблемы создания опыт разработки, внедрения автоматизированных систем управления" Сумгаит, 1990.

-1-й республиканской научно-практической конференции по проблемам управления и информатики (Баку,1991);

-Всесоюзной научной конференции "Интеллектуализация систем управления" (ЙСУ-91),Баку,июнь, 1991;

-научном семинаре "Искусственный интеллект" под руководством член-корреспондента АН Азербайджанской Республики, профессора Алиева Р.А:(г. Баку, 1992);

- хгх научной конференции профессорско-преподавательского и студенческого состава АзШ,Сумгаиг,1993;

- хх научной конференции профессорско-преподавательского и студенческого состава АзИИ, Сумгаит, 1993;

- хх1 научной конференции профессорско-преподавательского и студенческого состава АзИИ, Сумгаит, 1994.

Публикации. По результатам выполненных работ опубликовано 14 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений из 143 страниц, в том числе: 91 страниц основного машинописного текста, 23 рисунков, списка литературы из 57 наименований и 28 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Возведении показана актуальность и дано краткое ойкание содержания диссертационной работы.

§_первой_главе проведен обзор состояния проблемы, создания системы структурного моделирования ГПС, сформулирована цель исследования и определены задачи для достижения поставленной цели в диссертации.

Анализ состояния и тенденций развития проблемы, создания системы структурного моделирования показал, что ГПС, в смысле сложности решаемых задач в них, отличаются многокритериал-ностыо, взаимная увязка которых достаточно сложна. В этой связи комплексное решение системного проектирования в них обычно заменяется решением последовательности проектных заданий по важности и эффективности их реализации в конкретных объектах. Следовательно,уменьшение сроков разработки и проектирования ГПС приобретает важное значение и к сожалению в большинстве случаен

- б -

из - за низкого качества выполняемых проектных работ не обеспечивается.

Отмечано, что решаемые задачи в ГПС относятся к категории трудноформализованннх или неформализованных и решение их классическим методом перебора всевозможных вариантов в различных ситуациях не обеспечивает требования реального времени, тогда как человек подобные задачи может формализовать быстро и результативно на содержательном уровне,с учетом опыта и интуиции. Следовательно, инструментальные программные обеспечения ГПС должны иметь в своем составе механизм преобразования формализмов, сформулированных на содержательном уровне в модель на математическом и программном уровне.

Кроме того, опыт создания и эксплуатации ГПС в действующем производстве испарителей показал, что сроки их внедрения и отладки, требуют больших временных ресурсов, чем предшествующие этапы проектирования. Это связано с тем,что ГПС включает в себя множество активных динамических элементов, которые функционируют во взаимодействии с общими рабочими зонами и имеется опасность их столкновений в различных непредусмотренных ситуациях при определенных просчетах проектных решений. Дело в том, что непосредственные эксперименты с активными динамическими элементами в реальных объектах затруднительны, а в некоторых случаях даже невозможны. Поэтому организация машинных экспериментов проектов ГПС на этапе предварительного проектирования приобретает особо важное значение.

Показано, что на практике проектирования технических систем, в том числе ГПС.широкое применение находят метода имитационного моделирования. В последние годы все больше применяют системы имитационного моделирования, основанные на знаниях, которые являются результатом комбинирования двух технологий - экспертных систем и имитационного моделирования. Несмотря на существенные преимущества экспертных систем имитационного моделирования, их применение при синтезе и эксперимента ГПС в большинстве случаев не оправдывает себя, т.к. в последних также требуется организация анимации имитационных экспериментов и анализ результатов.

Анализ результатов внедрения ГПС в производстве испарителей показал, что с их внедрением общая производительность участков по количеству выпускаемой качественной продукции повысилась из-за умекьаекия количества брака. Однако общий такт

в этих участках снизился, т.к. до роботизации этот показатель составлял 6-7 секунд (через каждые 6-7 секунд в зависимости от типоразмеров испарителей на участке осуществлялась обработка одной продукции), а после роботизации 9-10 секунд . Как видно, общая производительность не снизилась, уменшался расход цветного металла из-за уменьшения брака при ручной обработке продукции. Однако при этом не рационально используются функциональные возможности технологического оборудования, что связано с недостатками при проектировании ГНС(недостатки в алгоритмах управления, выборе мехатронных устройств и др.).Следовательно, устранением подобных неполадок на этапе системотехнического проектирования экспериментами на ЭВМ можно повысить общую производительность производства без дополнительных капитальных вложений.

С учетом изложенного, сформулирована цель диссертации, заключающаяся в разработке системы структурного моделирования ГПС и инструментальных программных средств для ее реализации.

Для достижения поставленной цели определены следующие основные задачи: исследование ГПС производства испарителей, выбранные в качестве объекта исследования и обоснование необходимости разработки системы структурного моделирования ГПС и инструментальных программных средств для ее реализации;разработка структуры имитационной модели и элементов структурного моделирования; определение этапов структурного моделирования для конкретных ГПС выбранного объекта, ГАП производства испарителей и анализ принципов функционирования ГПС на основе машинной модели; разработка алгоритма управления ГПС при семантической интерпретации и программное обеспечение автоматизации планирования действий активных элементов при структурном моделировании; апробации полученных результатов машинными имитационными экспериментами на этапе системотехнического проектирования ГПС ГАП испарителей и внедрение результатов в действующем производстве.

Вторая_глава посвящена исследованию объекта, в качестве которого выбраны ГПС производства испарителей и разработке архитектуры и элементов системы структурного моделирования ГПС.

Отмечено, что разработка ГПС выполняется как для действующего производства, так и для вновь строящихся предприятий. Следовательно, требуется разработка структур ГПС, также в двух направлениях: с учетом особенностей конкретного производства, наличием имеющегося основного и вспомогательного оборудования,сте-

пенью автоматизации, размеров и форм обрабатываемых деталей : др.; создание систем из типовых гибких производственных модуле: для выполнения различных технологических процессов.

Приведено краткое описание технологических процессов дву: ГПС производства испарителей: зачистка карточек и нанесени. рисунка на них; сборка пакета из алюминиевых карточек и ег< прокатка.

Анализ этапов создания ГПС в действующих производствах ] опыт их внедрений показали следующее:особенности действующи: производств требуют внедрения ГПС не останавливая основноп технологического процесса, причем в кратчайшие сроки; элемент] ГПС являются движущимися динамическими системами и функциониру] с общими работами зонами во взаимодействии, что затрудняв' выполнения пуско-наладочных операций в реальных объектах; цик. пуско-наладочных операций в реальных объектах в несколько ра: превышает времени, необходимого для выполнения проектны: операций и в большинстве случаев требуются частичное или полно( перепроектирование первоначального проекта, что сопровождается дополнительными трудовыми и денежными ресурсами.

В результате анализа этапов создания, внедрения 5 эксплуатации ГПС в действующем производстве испарителей был] сделаны следующие вывода:

- ГПС производства испарителей реализуется с использовать стандартных 'и нестандартных механических и эффекторных механизмов, транспортных систем,обрабатываниях центров, сенсоров и управляющих устройств;

- в случае манипуляционного робота механический узел образуется одной или несколькими механическими руками, кинематическаз схема которых представляется последовательным соединением вращательных или поступательных кинематических пар. Отмечено, чт< механические узлы автоматической транспортной системы, контрольно - измерительных и др. устройств также являются частныь случаем кинематической схемы механической руки робота. Следовательно, математические модели механических функциональных узлое технологического оборудования ГПС производства испарителей имен одинаковую структуру и отличаются в каждом конкретном случае лишь значениями постоянных параметров и следовательно,сказанное должно учитываться при проектировании нестандартных механических узлов ГПС;

- опыт внедрения показал,что задачи решаемые в системе упра!

ления ГПС относятся к категории трудноформализованных. Следовательно, при практической реализации ГПС выявляются множество недостатков в организации управления, исправление которых требуют допольнительных денежных и трудовых ресурсов;

- в большинстве случаев субъективно принятое решение проектировщиками об установлении датчиков для идентификации текущих ситуаций ГПС не оправдывает себя в производственных условиях. В результате не обеспечивается требуемая производительность, неравномерно загружаются отдельные элементы ГПС и следовательно, не может быть и речи об оптимальном управлении конкретным участком;

- опыт эксплуатации созданных ГПС показали, что множество неполадок и допущений при создании системы управления (идентификация текущих ситуаций, обработка информации и выработка управляющих воздействии к соответствующим эффекторным механизмам) легко обнаруживаются при визуальном наблюдении функционирования ГПС;

- анализ результатов внедрения рассмотренных ГПС показал, что источником экономической эффективности при этом является уменьшение количества брака по сравнению с существующей технологией. Однако неполное использование функциональных возможностей имеющегося технологического оборудования в конечном итоге увеличивает производственный такт- участка. Следовательно, правильный выбор компонентов, обнаружение и устранение неполадок в алгоритмах управления на этапе системотехнического проектирования, повысит общую производительность уже созданных ГПС и ТАП испарителей в целом.

Отмечено,что исследование двух участков производства испарителей и результаты анализа их функционирования также подтверждают важность создания системы структурного моделирования и проведения имитационных экспериментов на этапе системотехнического проектирования ГПС.

Показано, что создание такой системы позволит исследовать не только вновь разрабатываемые ГПС, а также уже существующие ГПС.

С учетом изложенного разработана архитектура системы структурного моделирования ГПС, предусматривающая создания базы знаний (БЗ) на трех основных уровнях (предметном, математическск и программном) и охватывающая этапы эскизного (ЭП) и рабочего проектирования.

Создание БЗ на предметном уровне частично совпадает с этапе:-'

технического задания и полностью соответствует этапу ЭП.

Показано,что отличие создания БЗ на математическом уровне о1 существующих методов заключается в следующем:формирование зада1 и их решение рассматриваются комплексно с учетом дальнейш: имитационных экспериментов для выполнения проектных процедур эквивалентных процедурам физического макетирования; разрабаты ваются математические модели типовых и ' нестандартных активны: элементов, создаются модели отдельных конструкций и разрабаты ваются алгоритмы расчета отдельных узлов и звеньев; разрабаты ваются алгоритмы синтеза структур ГПС из различных мехатронны: устройств. При этом требуется разработка алгоритмов размещени; сенсоров и исполнительных механизмов в различных узлах структу; ГПС, алгоритма ее функционирования, а также алгоритмов семанти ческой интерпретации и проведения имитационных, экспериментов н ЭВМ.

Создание БЗ и базы данных на программном уровне предусматри вает программную реализацию всех разработанных алгоритмов . проведение машинных экспериментов функционирования структурно модели синтезированных ГПС с применением также специальной программного обеспечения и ОС.

Предложена и разработана структура системы структурного мод лирования ГПС, состоящая из подсистем проектирования элементо ГПС, представления знаний и данных о ГПС,машинного эксперимент функционирования ГПС, а также модуля общения пользователя системой, обеспечивающие проектирование и имитацию работ активных элементов ГПС во взаимодействии в различных режима функционирования машинными экспериментами и оценку целесообраз ности их создания на этапе системотехнического проектирования.

В третьей главе рассматриваются вопросы разработки алгорит мического обеспечения системы структурного моделирования ГПС.

Показано, что типичными компонентами любой ГПС являете следующие единицы технического оборудования: роботы, автомати ческие транспортные системы, манипуляторы различного назначени обрабатывающие центры, контрольно - измерительные устройства др. Все перечисленные элементы относятся к классу управляемы механических систем (мехатронные устройства) и их математичес ких моделей, описывающих процессы их функцинирования, принадле жащих к одному типу и представляемые системами уравнений (обык новенные дифференциальные,алгебраические.трансцендентные и др. Поэтому в качестве обобщенного механического узла принята рук

манипуляционного робота, кинематическая схема которой синтезирована последовательным соединением вращательных или поступательных кинематических пар пятого класса.

С учетом требований производства испарителей использована кинематическая цепь со структурой дерева для моделирования активных элементов ГПС (рис.1 Ь

■>-1

Рис 1. Кинематическая цепь п-звенного механического узла

Для описания конкретного механичекого узла в рамках базового механизма необходимо определить значения всех параметров, характеризирущих базовый механизм. В первую очередь к ним относятся данные о порядке соединений звеньев механизма друг с другом. Матрица, определяющая порядок соединения звеньев п -звенного механизма, представленного на рис.1, в общем случае имеет вид:

<

(1)

э^ • • • • • •

3. 3. ... 3. ... 3.

-Ч 32 и

к 1 ^ п ^ п ,

а

где 11- число звеньев;а1 - номера чисел звеньев механического узла; а, - номера звеньев, предшествующих звеньям первой

строки,с которыми они связаны.

Математическое описание соединений звеньев активных элементов ГПС имеет вид:

р=!

Р1 Р2 Р3

... р.

(2)

Каждый элемент р1 массива (2) определяет, как соедин два соседних звена ( а1 и а^ ) активного элемента:

р1= | °1 % >

где в -скаляр, определяющий тип шарнира; о. и о - скаля определяющие расположение центров шарниров; (К о. , о :

1 Ji

- угол между двумя соединенными звеньями по часо: стрелке.

Для описания типа шарнира используются п параметров < Обычно при проектировании элементов ГПС используются два т1 связи с шарниром:если 1-й шарнир является шарниром сколь: ния, то сз1=0; если он - шарнир вращения, то =1.

Исследование активных элементов ГПС производства испарите, показало, что особенности технологического процесса треб; использования также соединений нескользящего типа (типа оса ние).Поэтому для конкретного случая базового механического у: также введен параметр э = -1, если используется соединение ■ па основание. Следовательно:

е1='

1, при шарнире вращения, 0, при шарнире скольжения, -1, при шарнире основания.

Таким образом,для описания конкретного механического уз.

кинематическая схема которой охватывается классом кинематич!

ких схем механических рук робота, необходимо определить зна'

ние следующих типов параметров: матрицу м(2 * п ), определяй

порядок соединения звеньев механизма; в - скаляр, определяю!

тип ззарнира; о, го - скаляры, определяющие располоке] 1

центров шарниров; - угол между двумя соединенными звеньям] р1 ~ угол поворота звеньев, соединенных шарнирами.

С учетом изложенного разработаны кинематические схемы математические модели активных элементов ГПС создания пакетг его прокатки.

Отмечено, что кинематическая модель механического узла ак' ного элемента устанавливает соотношения между обобщенш координатами, скоростями, ускорениями механизма и характерис: ками движения каждого звена относительно неподвижной систч

координат {ks}q. Такими характеристиками являются: матрица поворота ТА системы координат {ks^ относительно íks)o; положение центра масс ^ каждого i -го звена;'угловая скорость ш. каадого i-го звена; угловое ускорение &í каадого i-го звена; линейная скорость центра масс v каадого i-го звена и. линейное ускорение ai центра масс. Следовательно, поворот координатной системы любого i-го звена можно рассматривать как сумму поворота предыдущего в кинематической цепи U-1 )-го звена, характеризуемого матрицей Ti_1 и поворота i-го звена относительно (а-1) -го, представляемого матрицей Ti_1 Í=AÍ и матрица поворота i-го звена Т. может быть представлена простой рекуррентной формулой:

г

i—i Ti_1, i=1,2,...,n. (4)

Последовательное вычисление рекуррентных кинематических соотношений (4) позволяет вычислять матрицы поворота Т1 звеньев.

С учетом изложенного определены характеристики движения каждого звена активных элементов ГПС создания пакета и его прокатки (таблица ) и разработан алгоритм их вычисления.

Показано, что для проведения машинного эксперимента функционирования ГПС требуется создания базы знаний и разработка алгоритма планирования целенаправленного поведения активных элементов.

Для представления знаний использована продукционная модель, основанная на продукционной системе Поста, представленная в виде импликации: '

где р - правило продукции; и -условия применения правила р1; и{- оператор, определяющий результат применения правила р .

На примере ГПС создания пакета и его прокатки сформулированы продукции в виде (5) и создана БЗ для проведения машинного эксперимента функционирования данной ГПС.

Разработан алгоритм логического вывода по выработке управляющих воздействий при выполнении имитационного машинного эксперимента на ЭВМ (рис. 2).

Информация от сенсоров установленных в различных позициях ГПС (о ) структурируются в виде массива о текущем состоянии и в виде фактов поступает к блоку логического вывода и планирования действий активных элементов. К этому же блоку поступают

ТШЕ 00:12:32

ПР ОЫ

АТС ОРР

еда ОК

тс ОИ

СШ ОЫ

СИМ ОРР

гп

□ □ □ □

П

□ 1 - □ _ 1

1 □ Г "" 1 □ □ г " 1 1 ' " 1

тг

□ □ □

а

□

Рис. 2. Фрагменты машинного эксперимента синтезированной ГПС создания пакета и его прокатки

Таблица

№ ± п № Название активного элемента

1 2 3 4 1 - • 2 3 4 5

1 о]=0 а] =90 Т1=А1То 4 ®4=° а|=180° Т4=А3Т3

2 4=-1 Т2=А2Г1 5 4=° сх^=180о Т5=А3Т4 еда

3 4=° 4=90° Т3=А1Т2 6 4=° 80° 1 1 Т6=А3Т5

1 4=90° Т?=А2ТО 3 ез=° 4=-90° Т3=А4Т2 АТС

2 ф-1 т|=А2Т2

1 <з?=-1 а?=0° Т?=а2То 4 «4=0 а^=180° т4=А1Т3

2 оЗ=1 а|=45° Т2=а5Т1 5 а|=180° Т5=А3Т4 СШ

3 г3- 1 3 а|=0° Т3=А2Т2

1 Г4 1 а^=0° Т^=А0Т 1 2 о 5 г4 1 5 Т5=а2Т4

2 з|=0 Т2=а2Т1 6 4*- а|=90° т6=а1т5 ПР

3 Г4-1 3 а|=90° Т3=А1Т2 7 фо Оу=180° т7=А3Т6

4 е}=0 «1=0° 4 4 Т4=А2Т3

1 Г5 1 1 4=45° Т?=А2ТО 4 Т4=А2Т2

2 г5 1 2 а|= 0° к/ Т3=А2Т2 5 г5 1 5 а|=0° Т5=А2Т4 СМП

3 ез=-1 аз= °° Т4=а2Т3

1 6^=0 4=90° Т?=АЧТ 1 1 о 3 г6 1 а|=0° т-6 А т-6 4 2 3

2 а|=0° Т3=а2Т? ТС

априорные знания о конкретной гпс в виде текущей продукции р {. Осуществляется поразрядная логическая операция "исключающее ШП/ над соответствующими элементами с>1 и о® и производится логическое сложение всех результатов предыдущей логической операции (г). Если результат равен нулю, то активизируется соответствующее правило г(и®) проверенной текущей продукции. В противном случае (г=1) вызывается следующая продукция и процедура повторяется аналогично вышеизложенному.

Принятие решения по выработке управляющих воздействий к двигателям активных действий в блоке логического вывода интерпретируется в следующем виде: для каждой текущей ситуации активных данных гт существует адекватное активное действие , которое переводит базу фактов в новое состояние с целью достижения конечного результата в реальном масштабе времени, ограниченного минимальным тактом ГПС.

В результате машинного имитационного эксперимента определяются:

- адекватность разработанного алгоритма функционирования ГПС на основе логико-лингвистической модели, сформулированный экспертом с учетом определенных ограничений и дефицита информации об объекте управления (в случае несоответствия модифицируется исходная логико - лингвистическая модель и процесс повторяется)

- эффективность и правильность расположения сенсоров в различных позициях активных элементов и технологического оборудования для идентификации текущего состояния и принятия решений по управлению;

- требования к комплексу технических средств системы управления ГПС для реализации разработанных алгоритмов функционирования (количество информационных и управляющих каналов, объем памяти и др.);

- поведение системы при нештатных ситуациях ( неисправность сенсоров и исполнительных механизмов, которые сопровождаются непредсказуемыми последствиями в виде столкновений, тупиков и др.) и рекомендации для предотвращения аварий и их учета при формировании логико-лингвистических моделей;

- адекватность синтезированной структуры ГПС для решения поставленной задачи в реальном времени;

- соответствие динамических, характеристик выбранных стандартных активных элементов:

- динамические характеристики спроектированных нестандартных активных элементов и рекомендации по их усовершенствованию;

- рекомендации по оптимальному расположению активных -элементов в ситуционном пространстве и требования к их габаритным размерам;

- степень загруженности активных элементов в интервале времени функционирования ГПС и рекомендации для их оптимальной загрузки;

- требования к материальным потокам и транспортным системам для обеспечения нормального функционирования ГПС при решении поставленных задач.

В четвертой главе рассматриваются вопросы разработки,программного обеспечения системы структурного моделирования ГПС, принципы ее функционирования и результаты внедрения разработанной конкретной ГПС в действующем производстве испарителей.

Показано, что на этапе проектирования ГПС интерпретация управляющих моделей выполняется с целью анализа алгоритмов управления и решения различных оптимизационных задач,вытекающих из общей цели системотехнического проектирования. Будучи спроектированной и отлаженной с помощью системы структурного моделирования, управляющая модель в дальнейщем используется для функционирования ГПС. При этом интерпретация управляющей модели на конкретной ГПС выполняется с помощью тех же программных средств, которые использовались на этапе проектного анализа. Такие программы объединены в группу специализированных инструментальных программных средств и включают в себя следующие модули: •семантической и статической интерпретации функционирования ГПС; логического вывода;планировщика;визуализации структурной модели ГПС.

Все программные средства разработаны по модульному принципу и каждый модуль рассматривается как функционально - законченный программный продукт.

Кроме того, в состав программного обеспечения (ПО) системы структурного моделирования ГПС также входят проектирующие программы, которые применяются на этапе проектирования элементов и системы управления ГПС.Эти программные средства включают в себя модули: записи,чтения и формирования базы данных, знаний,правил и структурных моделей синтезированных ГПС¡преобразования математических моделей активных элементов е массив графической информации; приобретения знаний; синтеза структур ГПС; установки сенсоров и испольнительных механизмов.

При разработке проектирующих и специализированных инструмев тальных программных модулей использованы стандартные • программы общесистемного и базового ПО MS-DOS.

Отмечено, что разработанная система структурного моделирования ГПС с алгоритмическим .и программным обеспечениями функционирует в следующих режимах работы:создание базы моделей активных элементов; синтез структур ГПС ¡установка сенсоров в пс зициях активных элементов ГПС; создание БЗ для функционирования ГПС при структурном моделировании;исследование ГПС при структур ном моделировании; исследование ГПС машинными имитационными экс периментами.

На примере ГПС создания пакета из алюминиевых карточек и его прокатки рассматривается' принцип функционирования системы структурного моделирования в различных режимах работы.

Приведены фрагменты этапов создания базы модулей активных элементов ГПС, синтеза структур и установка сенсоров в позициях активных элементов, создание БЗ и базы правил для функционирования синтезированной ГПС машинными эксперитментами.

Представлены структуры синтезированной ГПС создания пакета из алюминиевых карточек и его прокатки, полученный как результат машинного эксперимента и модель функционирования данной ГПС в виде сети Петри, которые внедрены в действующем производстве испарителей.

Отмечено, что разработанная система структурного моделирован ГПС использована также на этапе системотехнического проектирова ния ГПС зачистки карточек и нанесения рисунка, внедренная е производстве испарителей с существенным экономическим эффектом (приведены расчеты экономической эффективности и акты о внедрении).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных исследований получены следующие основ ные теоретические и практические результаты:

1 .Исследование состояния проблемы, опыт внедрения и эксплуатации ГПС в производстве испарителей показали, что срок их внедрения и отладки требуют больших временных и трудовых ресурсов, чем предшествующие этапы проектирования. Это связано с тем, что в большинстве случаев выбранные по техническим харак

теристикам серийно-выпускаемые и вновь разработанные оборудования не обеспечивают всех требований в промышленных условиях на этапе проектирования и в результате требуется частичное или полное перепроектирование всей системы. Кроме того,ГПС включает множество активных динамических элементов, функционирующих во взаимодействии с общими рабочими зонами, где имеется опасность их столкновения в различных непредусмотренных ситуациях. Следовательно, алгоритмы управления ГПС, разработанные при дефиците информации не позволяют проведения непосредственных экспериментов в реальных объектах.

" Исследование функционирования ГПС производства испарителей таете показало, что несмотря на то, что общая производительность ГПС обеспечивает предыдущую потребность из-за уменьшения количества брака, однако производственный такт участка при этом увеличился примерно на 3 секунда ( 6-7 секунд до, 9-10 сек. после создания ГПС).Следовательно, имеющиеся технологическое оборудование в действущем производстве испарителей после создания ГПС полностью не загружается из-за неправильного выбора технических и управляющих средств.

Поэтому организация машинных экспериментов синтезированных структур ГПС на этапе системотехнического проектирования приобретает важное значение и отмеченные обстоятельства определили необходимость разработки системы структурного моделирования и инструментальных программных средств для ее реализации, обеспечивающие полный машинный эксперимент и оценки целесообразности создания ГПС на этапе системотехнического проектирования.

2.На основе предложенной архитектуры разработана структура системы структурного моделирования ГПС в производстве испарителей, включающая подсистем: проектирования элементов ГПС, представления знаний, данных, модулей активных элементов, структурных моделей синтезированных ГПС и подсистему машинного эксперимента их функционирования при статической и динамической интерпретации работы синтезированной структурной модели, позволяющая в результате проведения машинных имитационных экспериментов определения адекватности разработанных алгоритмов функционирования ГПС на основе логико-лингвистических моделей, сформулированных экспертами с учетом определенных ограничений и дефицита информации об объекте управления, рекомендаций о поведении системы при нештатных ситуациях и способов для предотвращения

аварий и их учета при формировании логика - лингвистических моделей, соответствия динамических характеристик выбранных стандартных и спроектированных нестандартных активных элементов степени загруженности в интервале времени функционирования ГПС и рекомендации для их оптимальной загрузки для целесообразности создания ГПС на этапе системотехнического проектирования.

3.Разработана кинематическая схема со структурой дерева базового механического узла -рука машшуляционного робота, определяющая порядок соединения узлов п-звенного активного элемента, позволяющая автоматизировать построение математических моделей стандартных и нестандартных механических модулей с учетом особенностей ГПС производства испарителей и вычисления характе ристик движения звеньев активных элементов при семантической интерпретации функционирования ГПС.

4.Разработано алгоритмическое обеспечение системы структурного моделирования ГПС в производстве испарителей и программы для её реализации, включающие специализированные инструментальные программные средства - модули семантической и статической интерпретации, логического вывода, планировщика, визуализации структурной модели ГПС и проектирующих программных средств -модули формирования базы данных, знаний, правил и структурных моделей синтезированных ГПС, преобразования математических моделей активных элементов в массив графической информации, приобретения знаний, установки сенсоров и исполнительных механизмов и синтеза структур ГПС, обеспечивающие построение структурных моделей стандартных и нестандартных активных элементов синтеза из этих элементов структурной модели ГПС, создание баз данных, знаний и правил для проведения машинных экспериментов, исследование модели ГПС и определения адекватности проектных решений на этапе системотехнического проектирования ГЛП испарителей.

5.С использованием системы структурного моделирования ГПС исследована структурная модель гибкой системы создания пакета и его прокагки, включающая две транспортные системы, специальный двурукий манипулятор, автоматическую транспортную систему, специальный манипулятор позиционирования, промышленный робот, систему управления с алгоритмическим и программным обеспечениями, внедренная в действующем производстве испарителей, и определена оптимальная установка сенсоров в различных позициях элементов, позволяющая модифицированием имеющихся логико -

лингвистических моделей получить производственный такт ГПС 7,7-8,8 сек. в зависимости от типоразмера испарителей относительно действующей ГПС (9-10 сек). Следовательно, только из-за модификации алгоритма управления действующей ГПС, ее производительность увеличалась около 18-ти процентов (2800 испарителей за смену в существующей ГПС и около 3300 после модификации алгоритма управления).

Разработанная система структурного моделирования с алгоритмическим и программным обеспечениями и созданные с ее использованием модели,алгоритмы, структуры ГПС включены в разработанный рабочий проект ГАП испарителей и внедрены в производстве испарителей Сумгаитского алюминиевого завода.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

ЛИТЕРАТУРА

1. Кязимов Н.М.Ахмедов М.А., Рагимов Ш.Р. Синтез структур гибких автоматизированных систем на ПЭВМ. В кн. Сборник тезисов докладов Всесоюзной научна - технической конференции " Проблемы создания опыт разработки, внедрения автоматизированных систем управления", Москва, 1990.

2. Ахмедов М.А., Мустафаев Ф.В., Рагимов Ш.Р. Машинное моделирование синтеза структур ГПС. В кн. Материалы Всесоюзной научной конференции "Интеллектуализация систем управления" (ИСУ-91),Баку,июнь, 1991, стр.178-179.

3. Ахмедов М.А., Рагимов Ш.Р., Гусейнов А.Г. Информационно-поисковая подсистема активных элементов и их деталей ' в базе знаний. Информационный листок о научно -техническом достижении № 78, АзНИЖГИ, 1992 г.

4. Ахмедов М.А., Рагимов Ш.Р., Гусейнов А.Г. Система автоматизированного проектирования структур гибких автоматизированных учатков. Информационный листок о научно - техническом достижении № 72, АзНИИНТИ, 1992 г.

5. Ахмедов М.А., Рагимов Ш.Р., Мустафаев В.А. Подсистема для анализа и интерпретации результатов имитационного моделирования ГПС. Информационный листок о научно - техническом достижении

84, АзНИКНТМ, 1992 Г.

6. Ахмедов М.А., Рагимов Ш.Р., Мустафаев В.А. и др. Структурное моделирование активных элементов ГАП и их семантическая интерпретация на ПЭВМ // Ученые записки J63, 1993.

7. Рагимов Щ.Р. Создание базы данных активных элементов при структурном моделировании ГНС.хгх Научная конференция профессор ско-преподавательского и студенческого .состава АзИИ,Сумгаит, 199

8. Рагимов Ш.Р. Разработка архитектуры САПР структур ГАУ. хх Научная конференция профессорско - преподавательского и студенческого состава АзШ, Сумгаит, 1993.

9. Кязимов Н.М., Ахмедов М.А., Халилов С.А., Рагимов Ш.Р.

Об одном методе проектирования нестандартных модулей для гибкой автоматической системы // Ученые записки, № 4, 1993.

10. Ахмедов М.А., Бехбудов Ф.С.,Мустафаев Ф.В., Рагимов Ш.Р Информационно-управлянцая система ГШ зачистки карточек и нанесения рисунка на них // Ученые записки J62, 1994, стр.143-15S.

11. Рагимов Ш.Р. Автоматизированное программирование планирования поведения активных элементов ГПС. xxi Научная конференция профессорско - преподавательского и студенческого состава АзИИ, Сумгаит, 1994.

12. Ахмедов М.А., Ахмедов Ш.Б., Рагимов Ш.Р. Кинематические модели активных элементов ГПС и алгоритм вычисления характеристик движения их звеньев при структурном моделировании.

// Изв. педогогического университета, сер. Естественных наук 1994, стр. 295 - 305.

13. Ахмедов ILA. .Ахмедов Ш.В. .Рагимов Ш.Р. Модифицированные базовые сети Петри для исследования ГПС с конфликтными ситуациям и с учетом приоритетности // Ученые записки Jfö,1995,стр.142-148.

14.Ахмедов М.А., Ахмедов Ш.Б., Рагимов Ш.Р., Волчкевич Л.И. Система структурного моделирования гибкой производственной системы. //Издательство "Машиностроение", "Химическое и нефтяное машиностроение .№9,1995,Москва, стр. 29-33.

БУХАРЛАВДЫРЫЧЫЛАР ИСТЕКСАЛЬВДА ЧЕВИК КСТЕЬСАЛ СМСТВД1ВРШИН СТРУКТУР ШДЩ8НЩИРШШЭСИ к у л а с а

Робототехники гургуларын тэтбиги иле автоматлашдырма пробле-минин муасир вэзи^'этинин тэдгиги, чевик истеЬсал системлвринин ( ЧИС) истисмары вэ тэтбиг течрубэси кестэрир ки, ла ^Шэлэндирмэ илэ муга^исэдэ онларын тэтбигине вэ сазлакмасына даЬа чох эмэк вэ вахт сэрф олунур.Бу онунла баглыдар ки, техники характеристикала-рына керэ ла^и1гелэндирмэ мэрЬэлэсиндэ сечилмиш аваданлыглар чох вахт истекал шэраитинин бугун тэлэблэр1ши едемир вэ белэликлэ йазырланмыш системин бир Ьиссасинин вэ ¿а 1гамысынын ¿енидэн ла,)'и-йэлэндирилмэси тэлэбатн мелдана чнхыр.

Дикэр тэрефдэн ЧИС умуми ишчи зоналарына малик олан вэ гаршы-лыглы элагэда фбали^бт кестэрэн чохсал'лы динамики системлэр топлусундан ибарэтдир вэ онларын шледиклери муддетдэ нэзэрдэ тутулма.^ан ситуаси^аларда бир-бирилэри илэ тоггушмаг вэ гырылмаг тэйлукэлэри вардыр.Тэбиидир ки, информасио'а дефисити шэраити учун тэртиб олунмуш идарэ алгоритмлэринин бирбаша реал об,]'ект-лэрдэ експерименти чэтинлэшир вэ ¿ахуд да 1геч мумкун олмур.

Буна' керэ дэ ЧИС-ин машин эксперимента илэ структур моделлэш-дирилмеси вэ тэдгиги системотехники лао'иЬвлэндирмэ мэр11элбсиндэ бэ^ук эйэми^'эт кэсб едир ки, бу да'мэШ структур моделлешдирмэ системинин вэ системин реализас^'асы учун програм те'минатынын ¿арадалмасы зэрурэтини гapшыja го^ур.

Диссертасил'ада тэклиф олунмуш архитектура эсасында бухарлан-дырычылар истеЬсалында ЧИС-ин структур моделлэшдирилмэсинин авто-матлашдырма сиотеми шланмкшдир. ЧИС-ин структур моделинин твркиб Ьиссэси кими стандарт еэ гелри-стандарт актив елементлэр учун структур моделлэрин гурулмасы, машин експериментини Ьзо'ата кечирэн верилэнлэр вэ бшшклер базаларынын japaдылмacы, ЧИС-ин структур моделинин тетгигк вэ системотехники ла .¡иЬэлендирмэдэ ла,}и11энин адекватлыгынын .з'охланылмасы мэсэлэлэрини о'еринэ jeти-рэн алгоритмлэр вэ програм тэ'минаты ишлэнмишдир.

Тэклиф олунмуш структур моделлэшдирмэ системи Умумиттифаг елми-техники програмы(0.16.10) илэ изпленилен бухарландырычылар истеЬсалынын ЧИС-ин ишчи лрограмына дахил едилмки ве ондан исти-фаде олунмагла ишлэныиш саЬэлэрин ЧКС-лэри Ьемин истеЬсалда о'ук-сэк сэм&рэликлэ тэтбиг олушуыдур.

STRUCTURAL MODELLING OF FLEXIBLE MANUFACTURING SYSTEM IN THE STEAM MANUFACTURE

SUMMARY

While Investigating the present situation oi automation o. industry by help of the robots and exploitation or flexible man factoring system (PMS).we clear up that more time and labourici Is expended on their application and repairs than It Is showen : projecting.As the machinery recommended In the project don't mei all production requirements due to their technical characters tics we need to reprojegt the system wholly or partially.

On the other side IMS Is consist oi numerous dynamic system! having common labour zones and acting mutually.lt has the dande: oI collision and destruction in the situations that were no' taken into consideration in projecting.The preparation oi contn algorithm In information dlflclncy makes it impossible to exper: ment with them in the real objects.

That Is why structure modeling of MS by madtne experimen' and their enrestigation attach importance on the systemtechni] design stage.And thes just make an importance for realization o: system or structure modelins system.

Thes thesis deals with the automation system of structural modelling of FMS in the production of sterna ting machines. Hen are given algorithm and programras checkingup the adequaty of thi project in the systemo-technlcal projecting,structural modelling of the standard active elemenst as one the FMS parts,the realiz; tlon of the machine experiments,furnishing scientific preof 1j support of It the study of FMS's structural model.

The structural modelling system suggested here is include! into the FMS labour programme of steam manufacture acting on aL union scientific-technical programe. The industries where thesi FMS'es are used have Increased the effectiveness.