автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Выбор комплекса технических средств системы управления ГПС на основе анализа технологических процессов

Г0СУА/М»С7В«ННЫЯ комитет РСФСР ПО ДКЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕМ шкалы РСЦСР

МОСКОВСКИЙ Oí* Д 6 НА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ..НЛМСНИ СТАНКОИНСТРУИЕНТАЛЬНиИ ИНОТИТУ'1

Не правам рукописи УЛК| 43e.B2.0J1.5*,0ia.3ltne.012.ОНО.154(043.3)

СТАМИРОВСКИ Ежи

выбор комплекс» технических средств системы управления гпс на основе анализа технологических лроцсссов

03.13.07 - Аатонатиаации темнологический процессов и производств (машиностроение)

AlTDPütEPST диссертации ¥ л соискание ученой степени кандидата теиничвскк.м наук

МОСКВА 1992

РаРота выполнена ни к«Ф«>др«и "Технология имммостреенм р* и "Числовое программное управление" Московского стаикоинструнентального института

Научный руководитель!

доктор технически* мвум, КОСОХ П.Г.

Профессор

Научмий коне у ль та» fT»

КанДИДаТ ТРИ И6ИЕЛИН ».К.

-ним н»ук, доцент

Официальные оппоненты! доктор техническим наук, npoptccop ОТАРЦвУРГ Л.».

кандидат техническим наук, ванес тигель директора ГЧКТр САШКО* А.

»'Луни* оргдниаацмт НПО станкостроительный «ввод им. С.Ордяоиикидое (г.Лоскаа)

¿»«щита состоится "___* _____...._____• ......

чес, 1(» оаселянми г: neun» ли аиров «иного совет» К043.42.04 па прнгу*д«жим ученой степени кандидат* техническим Hayv м Пос«о«ском станкоимструментальнои институте по адресу! 10t472i г. Моей»«, К-ВЗ» >адкояскиА пер., д.За) тел. 2BV-41-I3.

С диссертацией мошна ознакомить с« В Сивлиогске Московского стамкои*к:трумвнт»льиого института оа один наспи до еашиты.

Автореферат рааослан ___• ........ ....И^аг.

Ученый секретарь спеиналмаировднмо'и соааг* К063.42.04, к.т.и., доцент

Егоров С.Б.

СШИАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ. С функциональной тачки аре> я гибкля праиз-вдетаемнав системе (ГПС) металлообработки реализует исходный вмнологический процесс а вид* процедур взаимодействия м«1яри-яьного, инвормациониог о и энергетического потоков под управлением многоуровневой системы ГЛС управления.

Состав технических средств управления, обвспечиеамнчии вз«~ иадейетеие потока и им спецификации определяется, чах правило, зиблиеительно, беа учета степени гибкости системы упраилвния 1С, либо с большой долей избыточности.

Подобные условия снишаит »ффвкп ивность функционирования Ю иоаа волыним материальных оатрат на технологические оборудо-1нив и технические средства систем управления.

Определяющий «акторам повышения Эффективности процесс« /нкционироеани* ГНС является наличие мобильной и оптимальной по груктуре системы управления реального времени, адекватно отоб-кмамшей особенности и критерии исиодного технологического проке«.

Актуальной при »том является еад<>ча совдания методов и 1едств, определяющий регулярную процедуру выбора и определения »мплекса техническим средств системы управления ГПС в аависи->сти от параметров технологического процессе.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение эффективности проектировании и экс-|уатации систем управления ГПС и выбор оптимальных по затратам циническим средств, реализующим процессы управления объектами 1С а реальном времени.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исследования проводились с испольво-ниам теории множеств, системного анализа, методов анализа им-рмационным процессов, методов имитационного моделировании ос-овнного на теории линейным автоматов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается ш

1. выявлении функциональным параметров материальным и ин~ рмационным потоков е ГПС, определении временным характеристик еимодейетоия и синхронизации потоков. Твмпроцесс яри »том оп~ долен как комплексная процедура взаимодействия потоков.

2. 3 определении связей между материальными и информецион-ми потоками на осмол» декомпозиции материальных потоков на гмзнтгрнка дяОстоии с учетам временным циклов и* реализации, о (■•племенам ьпрздолзнии на оснояо этого качественным и количест~ иным исрактеристик связей, что позволиэт повысить точность янки параметров программно-аппаратным ервдетв системы упрапли-я ГПС.

Для этого рошонм слэдующио задачи!

1. Разработан елосоЗ структурного анализа материального и ¡юрнлционного потоков.

2. Разработаны имитационные модели «ункционирования инфор-4ИОННОГО потока на оснояе агрегатного мгатода представления »ектов.

3. формализована связь между элементарными операциями тви-югичвекого процесса и вычислительными заданиями системы упоения ГПС.

4. Решена задача синтеза техническим средств систем управ-

лени я Гпс ма осноа* формальным сеяаей потоке* и реалиааци» прикладного процесса е вид* daau данным.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанные модели декоипооици» материа/ьмым потоков * ГПС, агрегатные модели информационным потоков и имитационные модели количественного и качественного определения параметров информативных потоков, а такше методика выбор а технических средств систем управления ГПС позволил« существенно повысить качество и точность • аыворе комфигураци» ГПС как на стадии проектирования так и при оценке существу»»*» систем, повысить эффективность ГПС оа счет снижения фактора ИФ-быточности а оборудовании систем управлений.

Рааработаиа методика выбора техническим г-редетв систем» управления ГПС на основе амалноа аоаимодействи* пптокое как процедура аааимодействия распределенной «азы данный прикладных процессов и спецификаций технических средств системы управлени! ГИС.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Раоультати работы в вида методически» материалов Лили приняты к внедрении на )аршавском станкостроительное ааводе ' и испольоумтся в учебном процессе на кафедр! "Технология машиностроения" Мосстанкина.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ, Результаты работы докладывались и выл* одобрены на кафедрам "Автоматизация технологических процессов * производств", "Технология машиностроения, числового програмимоге управления станками и комплексами" Мосстанкина в течение 1Ф90 к 1991 гг. опубликованы в матери >лах асвсоманой конференции гк комструкторско-тоимолагической информатике КТИ-89, в г. Носке« (Мосетанкин).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

10 ВВЕДЕНИИ обоснована актуальное1! рактеристика решаемой проблемы.

Я ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен аналия методов проектирования у Функционирования гибких произволетаенным систем (ГПС). На основ* анализа технологический процессов в ГПС определены проблемы динамического взаимодействия материального и информационного потоков и сформулированы цели и оадачи исследования.

На практике центральное несто в процессе создания лмбогс изделии аамимавт технологический процесс (техпроцесс) иоготовленив »того налелиц. Технологический процесс определяет типы V спецификации технологического оборудования (ТО) применяемых и процессе изготовления.

В рамках автоматизированного производства реализация темп* роцвсс« представляет собой взаимодействие ряда подсистем! технологической подготовки проиаводетва, изготовления, диспетчирова-ния, контроля и анализа качества продукции. Работа »тии подсистем контролируется подсистемой управлении и планирования, которая «оганиоует рааравотку производственной программы, е» ре-йпимлцнн» и корректировки е процдссе изготовления. Высокий уровень затрат связанных с проектировамием и эксплуатацией ГПС «е-

нет еадачу выбора »»««ктианой конфигурации техническим средств катаны упр"чланип при реализации процесса отработки особенна ктуальными.

Сложит, ть и. многовариантность еадач решаь >ых а Г ПС делает 1виболев приемлемой мгтодику имитационного моделирования процвс-еэ происходящих • ГПС.

Пома существует лишь несколько работ по моделиролений про-•ссоа в ГПС» когда аа осчову принято взаимодействие материал*-ьм и информационных потоком. Так, а работах ленинградским и емецких авторов под редакцией чл.корр. РАН Рмельяноаа С.1. дана етодика имитационного моделирования материальных потоков с по-очы* сетей Петри, информационным потоков с помощы* аппарата труктуироэания на основе процесс-с» , в работе Компвала Д.Г. Мосстанкин) показана концептуальная связь теипроцесса черва диамину потоков с конфигурацией программно-аппаратный средств убавления.

На основе проведенного аналиоа известных решений по р*ер*~ отке моделей техпроцессов е ГПС и по систем управления нежно делать сл»дующие выяодьн

- отсутствует единое методологическое решение системного вдхода к процедуре выбора технических средств сиг-теми управле-ия ГПС (КТС СУ ГГ1С> на основа комплексного аналиоа тэхпроцес-оа(

- «ормальныв процедуры имитационных моделей хар^ктгаризу»-их взаимодействие материального и информационного потоков и ГПС лораОотаны как частныэ решения бея учета влияния динамических орактвристнк потоков на параметры системы управления » ГПС)

- отсутствует единая методика выбора технических средств истомы управления в ГПС на осмола динамических параметров т«хп-зцассоо.

Основная научная задача, решаемая в работе состоит а раа-»ботко методологии выбора етруктурно-п«ремятрических спяци$мха-1Й комплэкся технических сродста системы управления ГПС н« :нове «нолиаа параметооа техпроцесса. При гтом система упрдялз-ля ГПС рассматривается как автоматизированная р«спределг»ня.лп 1Ствма обэайатки информации (АРСОМ), реализованная в зияв рдел-»долгнной системы базы данных.

Исходная оадача по реализации техпроцесса првдстаиляется п «дв совокупностям прикладных заданий, которым способствуют ко-»чныэ мнонвстэа вычислительных оаданий как процедур« реализации жкладных заданий на урочно системы управления Г ПС.

При >том прикидку» задания - Р$ определимы типом моде-I П, , типом донных - Эр и их отношениями, * вычислитель-¡9 задания - Dj определены алгоритмами прикладных оаданий и "эокупмостями процессов прикладного и системного уровней.

Роалмпация прикладного задания Р$ таено связана с временен параметрами вычислительных операций.

Прикладные задания и вычислительные задания Формируют ебования к ресурсам систямы, пропускной способности каналов п висимости от сложности реализуемых алгоритмов. Об уровне оунк-юнальных возможностей АРСОИ можно судить по рассогласовании жду множеством фактически выполненных системой Функциями и южеством проектируемых Функций.

На основ» приведенного формального анализ« связей между икладными процессами как модели техпроцесса и функциями риали-ции прикладных заданий вычислительной системой управления че-в реализацию заданий в среде ЭВМ определяются задачи исследо-

В«ИМЯI

1. провести анализ функций поииладиым заданий Г ПС с течки прения я о аимодвйс т * и я натвриальнаго и информационного потоков, рвализушмик те: процесс.

2. Разработать формальные модели представления материального потока и процедуры взаимодействия между материальным и им-Форн»циониын потоками.

Разрабт -<ть имитационные процедуры взаимодействия потоков как средство реализации прикладным заданий череп задания системы управления - вычислительные задания.

4. Разработать методы исследования параметром системы управления через Формальные процедуры реализации вычислительным заданий как распределеннум систему баз данным.

5. Разработать методику выбора комплекса техническим средств СУ СПС е помощью реализации методов описанным а пл. 1-4.

6. Разработать алгоритмы процедуры выбора КТС СУ ГПС, исходя из процедур взаимодействия даун групп баз данным, одна ие которым представляет параметры техпроцесса, другая группа - спецификации систем управления ГПС.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ проводится анализ и моделирование материал» ным потоке-' в ГПС как игиодного носителя маршрутной темноло-п-и, дается аппарат для выражения связей с информационными п токами, Для получения партии деталей п ГПС используется нмо-«ьство геммологическим исполнительным средств (станки, роботы, транспор ) и вспомогательным средств (инструмент, оснастка, приспособление).-

Каждая обрабатываемая деталь есть "задача" для ГПС, выполнение которой идентифицируетеи оперативным управлением.

Базой опергтианого управления цел» гея расписание. Информация, поставляемая р«списанием, содераит конечное множество наборов технологическим маршрутов, включая транспортные операции) набор исполнительным средств обработки, множество деталей, обрабатываемым на станкам.

"Задача" ГПС выполняется на темнологическом оборудовании, работа которого деконпозируется на элементарные действия. Действия связаны во времени с операциями.

Групп« действий оборудования имеет прямун связь с маршрутами потоков управляемым системой управления. Иерархи* действий а ГПС моино представить как последовательность действий по уровням продет»»лени».

Кокдак последовательность действий материального потока может Svm. оакодировьна в виде» Т n n n п Г), где Т - символ действия технологического оборудования, r> n n п п - пятизначный цифровой код, опначающий тот или иной вид оборудования и соот-ввт;.теук1цеР\ операции. Например, ТЮОО - код группы управляемых действий технологического оборудования гибкого производственного модуля <10 ГПМ). ТГООО - код группы управляемым действий оборудования транспортной системы (АТСС).

Группы действий определяйте я формально операцией объединения!

ТЮОО « И 100 U Т1200 U ... U Т1М00, где П100, ...

T1MOO - моды групп управляемых действий единиц ТО ГПМ.

Вси ГПС разбивается на уровни по группам действий!

- уроаень всей ГПС(

- уровень ТП гибкого произволе тынного модуля (ТЛИ) и транспорта

" У,';оь»?нп единиц ТО ГПМ;

~ vp;.i-fHL. элементарным лвйстеми ьдийша ТО ГПМ.

На каждом уровне происходит детальная декомпозиция дейс-'вий, каидое иа которым представляет собой либо »лементарнум тврации, г во переход исходного техпроцесса. Например, группа 1вйетяий TÜ400 составляется иа определенных >; ментарнык <шйс-'8ий1

- Т2401 - проеод тележки (транспортное средство - ТС) но ICH одной повиции к накопителю инструментов склада.

- Т2402 - оагрувка Т1^ инструментом ио накопителя,

- Т2403 - провод ТС к накопители ГПМ и т.д.

Явсь перечень группы действий техпроцесса по всем уровням >предвллят конечное множество адекватных управляющих операций со тороны системы управления ГПС.

вторым важным параметром материальным dotokdr являются ременные интервалы, темп работы потоков. (ведение »того пара-|«тра позволяет связать темп работы материальных потоков с т»м-юм (частотой) управляющим действий со стороны СУ ГПС.

Oö'jjse выражение для времени обслуживания ГПС транспортом, «пример, имеет еид|

Тгооо " TilOÜ 'D„c + Т&200 'Тмс + T«00 'Рме- + ■ ■' Ifroo ' Рс ,

до«

.!)«(. ,ХМ,, - кошфиципнты, оЗсвнпчачшия $*кт присутствия 1ЛИ отсутствия перемещений единиц матариалчмаге лоток® <еоотпит-тпэнно - деталей, инструмента, приспссойлэмиЯ).

Т2100 — перемещения отработанной д»ттгм или па.юты ио н*.-опнт»ля ГПМ я скллд (орвмгнноЯ интервал)!

Т2200 - поремвеюни« инструментов ив н.пчопитвли ГПЯ ч сил?.,л временной интервал).

Т2А00 — аяарийныо диИствип.

2рэм5рны» интервалы испояьоуитсв как исходная aawwji яд митвщионнчх модвлчй материальным потокоэ гз ГПС. Ocmoh^wi •> и;-ели гтлячтсг понятие «грэгата.

Процесс эункцианирозаним ГПС мопет быть- ррвдствчл*« к*.к рсцвдурп гапяимод^йстэип «грагато».

Ягрэгат Формально может «ыть пролстаилян а «идп гр/^оч, сгрвины которого ойоснвчаюг те»нологичйския объекты, peflp« тномвиип, свмыаамаи* «грэгаты. При ■этзм предполагается слвдуя-н-э йолуи^нияа

1. arp^ri- l^w^'wt рход и чыход длр? и

ят^иальнсго и имфсрмг^чохчяго потсноа.

2. Продолжительности* технологически* операций по йогdtcts-

дгатллкй на ря^гряглтпк

и роличихамя.

3. Кг^ч^-нты псступлзьмя i-ой *->.«> — cts. величина случайная.

Состояние ГПС в лчйой момент .^рснеэнч описм^агстсг: пэрн-SHHVNMB HHOii-Стоом Zlt) реализуемы* оп<»раци'Л5 мкс^сстазм t.^ (t> р?гм5н, ост«с51уихся до кон'дд сг0?р^ции 2(t>, mho*4!ctiom

(t) времен, остггшихся до поступлеки!* зеготоиок ил соотватс-эукяуия агрегатнБ наличием д-этал^й so входных и gwxo^nvx начогм-вля»и лграгаточ.

3 условиях мглкос^оийного рроисэо/*ст»э£» з ГПС эдтржть: знк на мх иогото?ланиа носят случгйи>:й характер, а оаяйки Зсгуг-^ъз'-у": ГПМ транспортам могут образовать оч^рвг-ы. Поток с*д~ ■гок и« ойслумиаани^ транспортнсй системой сх^г.уат считать слу-

Л,так aawaoK на обелуяивениа, например, транспортной СПС-Тимы я ГПП характеризуется «го интенсивность« - X I

х -S Vpi^

Гдв!

Х^ - чиг ло заявок от J-ro до стан> а ал париад (0-t)|

г)- вироятность поступления оаявох| ^ ^ - число станков в модуле.

По интенсивности заявок. получивп'<х обелуиин«ни«

рассчитывают производительность отдельный Г ПН. При построении имитиоационной модели ГПС испольауется метод падания времени ДО следующего события (принцип ,л.*'). Для определениг моментов времени вводится время, моделирующее реальное время Функционирования системы. При »том структура свяоей между агрегатами носит переменный во времени характер, а периодичность поступления 1-ой детали на J-ый агрегат состоит ио величин, определяемым расписанием Т v .

Работу агрегата мояно описать следующим линейным процессом!

z ст) -1EYD, тто, т"сг;. t "CD >,

гд. I(

C-(Ö~ число деталей во входном накопителе я момент Т| 1 'СО- время, оставшееся до поступления очередной детали то входной накопитель|

Т'Чт)- вреия, оставшееся до окончания "обслужив а ни я" детали, находящейся в момент Т на агрегате! [ "(!)- число деталей в выходном ндкопителе я момент Т.

При одновременной работе всех агрегатоа поиск минимального времени до блимойшвй "критической ситуации" происходит во всем агрегатах ГПС|

лТ, nun TlA* CT,)} , j e ь,2,... *C.... s }

□граничением для проснотра всех агрегатов является либо ааданмое время моделирования, либо количество деталей а партии.

Процесс программирования имитационных моделей ГПС на основе унифицированных алгоритмов работы агрегата легко реализуется с поношъм так называемой процедуры " Z.

Суть процедуры " ¿, " состоит в выполнении следующих условий!

- составление с.:вмы ГПС и нумерации агрегатов <J » 1, 2,

- для каждого агрегате определяются его связи с другими агрегатами через параметры LA,L8>tLt. i-P .

/А - »то параметр определивший местополоивние транспортного устройства)

/ Я - определение врвмани перемещения транспорта! от предыдущего ьгрегвта к последующему* ¿С ~ опр»»дмлиние адреса следующего агрегата|

С Г - передача иэготоа ленмо.Ч деттали на склад или следующий агрегат.

Методик« поополяот воспроизвести события ОАновреманно на ряпл^чиых агрегатах лм0ого ГПС и течений эялзнкпго промежутка

15ррм(?ни.

Молол», регистрирует следующие емнодимв параметры!

1. периметры интегрального типа - »те число поступивших »«готовок на обработку, число наготовленных деталей на стаик»? и в целом на I 1С, чо»Фбнцивнт использования агрегата и др.

2. Па^.<мчтры временного типа — время i-poci я агрегатов и транспортной сети, структура фонда рабочего времени.

3. Параметры состояния проиаводстввнного процесса в момент регистрации) число деталей в накопителях станков; число деталей я Г ПС и др.

Представленная имитационная модель испольауется для моделирования информационных потоков в ГПС в главе III, что в сясн очередь ноино свивать с параметрами, определжмчими нагрузку на СУ ГПС.

Ж ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ представлены средства моделирования информационным потоков ГПС на основа Функциональных и временных сея-вей е материальными потоками, определены требования к архитектура и параметрам СУ ГПС. Для ноделиооеания саяаей испольеованы агрегатные имитационные модели, описанные в главе 2.

За лдиницу связи информационных потоков с элементами сис-Т(?мы управления принято вычислительное падание.

Система управления ГПС имеет иерархическую структуру, состоявши иа четырех уровней!

— первый (нижний) уровень содержит локальные средства управления, такие как УЧПУ, СУ складами, СУ роботами, программируемые контролеры, СУ транспортом, нониторныо сиг.?»««;

- второй уровень содериит коммуникационные процессоры терминальные станции, концентраторы данных)

— третий уровень яклячает средства спярятивмога упрля.с»^,» ГПС я реальном времени на базе микро и миникомпьитероч;

- четвертый урояень яклх>ч«ат средства организации и плакирования ГПС.

Управление реализацией плана проиоеодстыа изделия т ГПС осуществляется я оид® совокупности прикладных заданий управления.

Прикладный задания определяют ургиень и состав вычислительных заданий.

Разработанное з г лаге 31 прявило декомпозиции материализм потоков позволяет определить вычислительные задания для каждого уровня прикладных заданий. При этом раалиэация прикладных оада-ниЯ определяется параметрами вычислительных средстя ГПС.

^•числительные иадания связаны с BHno/iMSHWM операция эип-да—вывода данных, храмэч1'ем данных, нреойразсеаниэм (о<8р*«отксй) данным яр реальном времени, т.®. ^ темпе работы управляемым о-З--ое ГПС. Для работы в таксм режиме компьютеры, ocyuiec-s л^а^® управление обладают средствами реализации оекима реального ерр-мениз поддержкой режима прерывания (реакции нг эгнресы от объектов) и контроля рабочих твктое с помошьк; таймера. Процедур*,.1 уы-полмяния заданий основаны на программной реализации совокупности алгоритмоэ и здесь ваичо определить параметру сценки виполни^о!:-ти заданий.

Основным параметром являете? трудоемкость 2ь:числите»ль."0Г0 садания (5* » определяемая как!

б, б, , ре р, <

в

- подмножество процедур обработки данный, выполняемым при реализации J-rn вычислительного оадания|

" 1РУДоемкость отдельной Р - процедуры.

Общий рбъгм памяти компьмтера для хранения программ управления монет быть определен через выражение!

К п Р> объем памяти, требуемый для хранения системных программ^р^/^амм-драйверов и прикладных программ соответственно.

Процедуры ввода -вывода марактвризуится временен рвалиоации операции ввода-вывода по всем запросам - I^ .

Трудоемкости вычислительных паданий процесс а управления в ГПС составляется в аормв таблицы и записывается в базу данным.

Описанные параметры вычислительным систем исмодя ив структуры заданий служат предпосылкой для определения конфигурации аппаратным средс гв систем управления ГПС на основе »П.

Для выбора типа ЭВМ определяется максимальная производительность выбираемого центрального процессора (ЦП), которая потребуется при обслуживании потока оаяеок наибольшей интенсивмости. .

Средним интенсивность потока заявок Л к можно определить К'К сумму средним интенсивноствй потоков сообщений по есем выполн мым комплексом техническим средств систем управление ГПС (КТС СУ ГПС).

Средняя производительности системы определяется как сумма пр. изводительноствй, потребным для выполнение совокупностей прикладным оаданий и Функций управления.

Далее определяется количес> ю блоков оперативной памяти с1-го типа для И-ой ЭВМ, объем внешней памяти дле всем прикладным оаданий и количество устройств высшей памяти.

Временной параметр работы СУ ГПС зависят от маршрутного технологического процесса и определяется как сумма отрезков времени требуемым на преобразование сообщения )-ин устройством и времени ожидания а очереди на обслуживание заявки.

Среднее время обслуживание одной заявки определяется как среднее значение времени ввода и вывода сообщений по всвм прикладным заданиям на Ь-ой ЭВМ.

Каждое яычислительное задание определяется кодом операции во вводу данным, выводу данным, обработке, временному мранении и постоянному ¿ранении данным.

Рабочая нагрузка СУ ГПС представляет собой - совокупность заявок со стороны материального патока. Каждый поток можно определить оависимостьм!

Р - приоритет заявок (степень срочности выполнения)| '('/ - периодичность поступления заявок (темп замок) | с, - последовательность поступления заявок| £ - величины использованным ресурсов.

Считается, что поток заявок носит детермннировю^ный мараи-тер, маршрут заявок носит трассировочный характер.

Модели потоков заявок определяйте» для ЭВМ по результатам

(V в Р^« (V* ^ /V'

где I

>

где!

статис*ической обработки иомерьний или с помощь)« »кслертизы параметров рабочей нагруоки.

В процессе моделирования оцениваются основные характеристические параметры КТС СУ ГПС|

- быстродействие процедуры обработки данным, производительность сие темы|

- емкость памяти, операционные ресурсы, надежнесть, стоимость.

Ив ним наиболее важными параметрами яеляется производительность, степень загрузни устройств, время реакции системы, стоимость.

Производительность вычислительной системы управления определяется как суммарное количество данных, участвующим в операциям ввода-вывода, хранение и обработка данным всеми ресурсами системы, отнесенных к единице времени, например, к одной сякун-Д».

Загрузка устройств определяет долю врвмени, в течение которого устройство выполняет работу. Время реакции или ответа -»то врем« от момента поступления а систему требования на выполнение работы до момента лавершения выдачи результата.

Описанные модели связей техпроцессов через параметры связи материальным потоков в ГПС с информационными потоками позволяют определить структуру заявок на обслуживание в виде прикладных паданий и вычислительным ааданмй.

Параметры вычислительных паданий позволяют определить требования к составу и спецификациям темническим средств систем управления ГПС.

I ЧСТ1Е1Г0Л ГЛАВЕ обосновываются методика связи заданного технологического процесса как совокупности операций над объектом обработки с информационными потоками реализованными в виде прикладным и вычислительным паданий, представлены реляционные модели построения бае данным алгоритмов и программ управления, даны количественные оценки обьеное информации находящимся в процесса реализации процедур'управления ГПС.

Процесс исполнения прикладным заданий на нижнем уровне можно представить как процесс взаимодействия сигналов управляющей и исполнительной системы.

вычислительные задания в виде таблиц взаимодействующих сигналов составляются для всем групп действий декомпозированного материального потока. Количественная оценка объема информации в битяи содержащейся а программам управления определяется по выражению!

и

Хт = ^ * ,8 свит]

I г 4

гдв!

1»п- количество информации содержащейся я программе!

Н- количество символов в блоке программы!

П. - количество блоков в программе.

Количество информации для С-операций одной детали равно!

,>-1 14 с)

тел В - количество операций для одной детали.

Количество информации при обработке В-партий деталей с учетом количеств* операций для одной детали равной В, будет рав-

НД" [, ■ti". Ч ft

У . ' У f-í X <4> Свит/ Ь - партии Л»твлв«5

/ < л / ,! ' i ■ I

Па укапанной схеме вычисляется сначала количество информации «ля партий деталей на обрабатываемым на одном станке ЧПУ а смену, иатем для всех станков и всего оборудовании, включая работы, транспорт, складирование.

Полученный суммарный объем информации•адекватна отображает объем информации необходимой для обработку исходя ио параметров (количество операций, оборудование) конкретного технологического процисса.

Информационная модель ГПС как сложной системы состоит ив уровней отношений между объектами, представленной как модель.

При »том в модели присутствует две части! статическая/ отобраиаищая структуру объектов , их характеристики и впоимо-действие о&ьекгоо планирования и управления и динамическую, определяющую состояние, в которой находится исполнительная системе в кандый момент принятия решения.

Цель» соодания модели является определение и оргоммоацик информационных процессо* к виде dan данным, баа алгоритмов и прогреми управления необходимых для Функционирования системы И определения ресурсов КТС СУ ГПС требуемых для вычислительным ведений.

Основным компонентом БД является оапись, составленная иа »ломснтов данных. 6R мокно определить как совокупность раоличны* типов вапмсей и отношений между оаписями, агрегатами денных и »лвмвнтами данным. Организация данных состоит и их струмтуриое-иии и установлении еопаей.

Программы управления Б£ автоматически получают двкмы® соответствующие описании данных првдстепленным прикладным урванем и передают их прикладной программе.

Особенность» представляемой модели бао данным яалпетсп то, что она инвариантна к структуре ГПС к ориентирована на определение объема информации для определения структуры КТС СУ ГПС.

Е соответствие с видом выполняемых операций D ГАП исполнительные средства двлется на1 обрабатывавши», контролирую" коммуникационны» (транспортные), манипуляционныо и сродства хранения. Каждое иа »тих средств определены либо кортедом , либо лчнейным набором параметров, характеризующих процедуры неполно-нип процесса.

Кортежи и наборы параметров составляет структуру данных, рлрвдвлвччук в виде бавы данных ГПС на уровне планирования производства иодолий.

?те баоя денным взаимодействует с автоматизированной системой подготовки проиоасдств« и системой оперативного управления-

Для организации управления процессами в ГПС в раяим» реального времени гти данныз кодируютсв в соото тствии с принятой системой коммуникаций и обмена.

See технологические операции подразделяются на следующие Оункциональные гиды: обрабатывающие, контролируюиие, коммуникационные, манипулпционныо, хранение, ожидание.

Параметры и данные »тих операций техпроцесса учитывается н« »тапо технологической подготовки производства, и отобраиаютсп опоелвдетаив на параметрах программ управлония оборудованием хранящихся в б«о» денным упревлмвщих программ.

Объектом управления в ГПС является совокупность исполнительным средств.

Входными параметрами для исполнительных (.редста являются материальные потоки (заготовки, инструмент, приспособление), плановое падание и информация г незавершенном производстве.

Управляемыми параметрами являются! последовательность и сроки еапуска всем детале-операций в производство, исходя и» планового задания.

При моделировании функций исполнения учитываются источники возможных возмущений! внешних, например, незапланированная доставка оагптовок на участок) внутренних, например, поломка инструмента, авария, брак и др.

Сгстоямия ГПС определяются при »том состоянием партий объектов обработки, динамикой течпроцпссл и состоянием оборудования ГПС. формально »ти состояния могут быть представлены мак информационный портреты или образы. Пбрааы характеризуют количественны», пространственные, временные, технологические и логические характеристики состоянии объектов.

Образы исполнит«льни» грвдстя объектов обработки и вспомогательных средств записывайте я а баву дамнии как портреты исполнительной системы производственного процесса. При »том описывайте я образы закалив на изготовпенив, образы характеризующиэ партионность деталей, образы технологического оборудования, на-нипуляционногг.» оборудования, транспортного оборудования, складского оборудов*' -*ия, контролирующего оборудования.

Описани«.* образов как совокупности параметров объектов подчиняется Формальным требованиям представления как к структур» данных имеющих формой для представления в базе дмнни>< техпроцесса.

Описанные формальные модели представления параметров исполнительной системы техпроцесса позвиляют сформировать регулярную процедуру организации базы данных исходного техпроцесса с точки зрения объемов информации для обработки системой управления ГПС.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ представлено описание методики синтеза структуры комплекса технических средств системы управления ГПС.

Методика выбора КТС СУ ГПС основывается на следующих принципах I

- системность процесса выбора на основе характера взаимосвязей факторов, влияющих и! критерии выбора|

- бЛОЧНО-МОДульНЫЙ Т'РИНЦИП|

- принцип иерархии структуры иноорнационности процесса синтеза)

- сочетание Формальных методов проектирования, »кспертмын оценок, методов моделирования.

Последовательность »тапов выбора структуры КТС СУ ГПС представлена как итерационный процесс, когдв на каждом >тгпв могут быть скорректированы исходные предпосылки и вырабатываются трвйооания к последующим »тапам.

Оормально структуру СУ ГПС можно представить графической моделью э вида графа , в котором вершинами представлены технически» средства системы управления, а дугами - подсистемы сопряжения и взаимодействие технических с,)»дстэ (ТО. При »том вершины графа имеют она параметра! п~ряДкозыИ нриир вершины и тип технического средства упр*ялинии.

Д основе любого ТС можно выделить две подгистимы» подсис-

тему обработки данных (ПОД) и подсистему взаимодействия с объектом (ПВО).

Подсистема обработки данных формально представлена как совокупность »лемемтов, взаимодействующим на общей магистрали обработки данным.

Элементами П1)Д являются! центральннй процессор (ЦП) , оперативное запоминающее устройство (03/), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), устройства внешний памяти на магнитным дискам УВПНМД и магнитным лентам (УВПНМЛ) .

Для Формализации ПВО она разделена на подсистему сопряжения устройств (интерфейсы) и подсистему евада-выаода.

Выбор типа интерфейса определяется его параметрами! пропускной способность» (байт/с), допустимой длиной физического канала передачи данным (м), стоимость».

Выбор »тоге или иного типа интерфейса с учетом описанным параметров для сопряжения устройств формально определен матрицей, элементы которой при совместимости интерфейса и устройства равны 1, а противном случав - значение »лемента матрицы равно 0.

формализация процесса синтеза устройств ввода-вывода (УВВ) основана на представлении системы ввода-вывода а виде матриц смяиности, одна иа которым описывает связи между УВВ с процессором ЭВМ, другая между УВВ и интерфейсом связи.

Решение задачи синтеза структуры КТС СУ ГПС лродстсвлват собой генерацию допустимым вариантов структуры системы и выбор среди ним оптимального варианта согласно заданного критерия качестве.

Процесс синтеос проводится на основе анализа взаимодействие исходного техпроцесса с инсормационными потоками и определением пареметров СУ ГПС првдетавленными в главам ¡С, III, ZV.

В качестве хритериг качества выбрана оримя реализации прикледмого задания -Tri- В результате решения выдачи синтеза структуры КТС СУ ГПС определяются слядую4|ис характеристики) количество ТС и средства им сопряжения, способы распределения прикладным заданий моюду ТС, способы организации евода-вызеда, способы и типы имгрровйсо®, типы У2В, типы УП и типы памяти, количество устройств и каждой подсистеме.

Предюлригол5.но структур« КТС СУ ГПС декомпозируется на подсистемы различи» честны® олдачи и объединенные сетью обработ— ки данных.

НсиЗсляе вбжншми кз л»!>тсг. слэдукци» частные оадечи синтеза КТС СУ ГПС!

1. синтво стр/ктуры ТС СУ ГПС.

2. Синтез топологии при юзг.ммодействии ТС.

3. Синтко подсистемы всзиимодейстоик с объектен.

4. Синтво структуры подсистемы обработки данным.

С, Синтез подсистемы соприиения между объектами.

На первом урсен® детализации опрадялиатся производительность ТС, зulitop ТС, определенна им количестве, выбо,- способов опакмодойст»ия ТС. Исходным*! данными здесь являются перечень прикладник заданий и им ароманныа ограничения, определенные о процоссо имитационного моделировании.

Но уроанз 2 и 3 определяется состав подсистем оеодв-выаода дли каждого ТС и вывирамтск им типы. Немодными данными дли »тии уровней служат перечень свъектоэ обслуяияавмым 'всей систомой, тип ТС, подмножество возлагаемым не ТС и ограничения на срскэм— мма каоекткристики, стоимость подсистем и аначэниа времоккых еггараций вводе демкмм и им обр«ботки.

На уровням 4 и Я решается задача оыбора технических средетф подсистем воаимодвйстеия с объектами. Здесь выбирается тип устройств» им количество, способы соединения, типы интерфейсов, химий связей. Немодными данными вдвсь служат способность устройств, им пропускная способность, расстояние между устройствами по лини ян ев яви, вид УМ, характеристики интерфейсов.

Выбор набора технических средств служит основой для выбора соответствующей топологии общей структуры.КТС СУ ГПС.,

Симтее топологической структуры КТС СУ ГПС производится с помощь* метода имитационного моделирования или с помощь» метола 'ефтаеА и границ".

Условием отсечения неперспективным вариантов структуры 1С. является сравнение времени выполнения прикладным' паданий на каждом ТС при определенном ее типе.

ВвТФЛение прекращается , если для определенного варианта распределения прикладным овдвний при определенном количестве ТС обцая стоимость системы при варианте в„ больше чем при варианте . предыдущем .

Оптимальный вариант, таким образом, еыбираетгя по минимальной стоимости, с учетом функциональной достаточности выполнения всей прикладным аадамий.

Задача синтеза структуры техническим средств управления решается при условии, что количество единиц ТС уже определено. При >том принят двухуровневый алгоритм решения задачи синтеза!

1. уровень синтеза структур подсистем взаимодействие с

объектом <П10>.

3. Урезонь синтеза структур подсистем обработки данным

(пой).

Синтез структуры ПВО состоит я определении требуемой пропуски? « способности сети передачи данных, выборе типа устройства ввода-вывода и типа интерфейсов. Эта задача решается методой имитационного моделирования, гри котором для прикладным заданий определяется вычислительные задания, соответствующие им вид и объем передаваемой информации и определяется пропускная способность я виде производи гвльмости системы передачи манных.

При синтезе проверяется условие'выполнения временных критериев процесса передачи информации, при котором суммарное ярямя затрачиваемое на выполнение всем вычислительных заданий должно быть не больше чем общее время работи ПВО и ПОД. В противном случав происходит аамвна типа ТС или перераспределение вычислительных заданий.

Синтез структуры ПОЛ состоит а определении количества и выборе типа устройств 03*, ПЗУ, УВВ для заданного типа ЦП и состава решаемый прикладных задач.

Условием отсечения неперспективных вариантов является несовместимость ЦП с типом очередного узла по разрядности .

Ветвление прекращается если ив выполняется условие разрядности. Управление передается блоку замены ТС или производится перераспределение прикладных заданий. Просматривайте я все типы устройств и варианты компляксов с минимальной стоимость» считается оптимальным.

Таким образом представленная методики выбора структуры КТС СУ ГПС основания« на использовании распределенной вазы денных я виде локальных ГА униягрсальмыи средством для зыс«прл

средств управляння на основе исходного техпроцесса, структуры ГПС, плановых заданий, номенклатуры изделий.

* и "

осноанык аизолы и результаты иавоты

По результатам работы можно смелеть сл*аум«и« еыеады!

1, Материальные потоки • гибком *• томягиоироааимам проия-водстяе являйте* »иаичвским отображением такнологмчвсцегв процесса и служат объектом управления со стороны системы управ лани в ГПС на основа информационных потоков«

2. Многоуровневая декомпозиция материальный потоком а ГПС на группы действий позволяет определитьфункциональные свяви между материальными и информационными потоками через недели прикладных оадамий и вычислительным заданий системы управления.

3. вункциональные и временные связи материальным и информационных потоков а ГПС служат основой для исследования иагруаки вычислительных средств СУ ГПС с испольное анием имитационным моделей техпроцессов черве процедуры ряалиоации прикладным и вычислительным заданий.

4, Основные параметры определения и реализации вычислительным заданий! трудоемкость вычислительным еаданий, пропускная способность средств связи и производительность системы обработки данных служдт основой для опродвлвнчя структуры, типе и параметров комплекса техническим средств системы управления гпс.

3. Предложенная методика выбора структуры КТС СУ ГПС исходя ио параметров тохпроцесса и основанная на имитационной модели вваимодвйстоия распредолонной баои данных пооооляот осуществить интерацнонный процесс выбора оптимальной по критерии стоимости структуры КТС.

6. Методик» выборе структуры КТС СУ ГПС имеет инвариантный по отнаивни* к номенклатуре моделий характер и пооаолявт пмеы-мать »ффоктимность средств управлениь ГПС оо счет мининивации оатрат на капитальною вложения.

'/. Методика рявр«богами и исследована в Московском станко-инстпументальном институте.

Основные положения диссертации опубликованы ю слгдумщих работах I

Стамировски Е.Т., Шумилин В.К. Моделирование ооаимо! оп-о«й материальных и информационных потокоо в ГПС. Сборник тооисол докладов Всесоюзной конференции КТИ-81 под руков. чл. корр. ЙИ СССР Соломэмцее» ti.fi.! г.Москва, Мосстанкин. 1909.

2. Стамировски Е.Т., Косое М.Г. , Швмвлин В.К., Коновал Д.Г. От одной концепции проектирования автоматизированного производства. Сйориик тпоиссч» докладов Всосонаной конференции КТИ-09 под рука«. чл. корр. АН СССР Соломонцееа Ю.М.1 г.Москва, Насстонкий. 1ЧВ9.

3. Ствниравски Е.Т., Кос.ов М.Г. , Шомелин Е.К. , Коновал Д.Г. Динамическое моделирование процессов а ГПС. БиСЗлиоср. указатель ВИНИТИ. Дспониров. научною работы, 1909, N 12, С * 11В.