Размещено на http://www.allbest.ru/

Севастопольський національний технічний університет

УДК 65.011.56

АВТОМАТИЗОВАНЕ УПРАВЛІННЯ ТРАНСПОРТНИМИ

СИСТЕМАМИ МЕХАНООБРОБНИХ ВИРОБНИЦТВ НА ОСНОВІ

ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Спеціальність 05.13.06 - Автоматизовані системи управління

і прогресивні інформаційні технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Скаткова Наталя Олександрівна

Севастополь - 2006

АНОТАЦІЯ

Скаткова Н.О. Автоматизоване управління транспортними системами механообробних виробництв на основі інформаційних технологій. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.06 - Автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології. Севастопольський національний технічний університет, Севастополь, 2006.

Дисертацію присвячено розробці методів і моделей інформаційної підтримки оперативно-диспетчерських рішень по управлінню транспортно-виробничими системами механообробки.

Науковими результатами є: 1) метод структуризації і алгоритмізації інформаційних процесів підтримки прийняття організаційно-технологічних рішень на основі спеціального комплексу і імітаційних моделей; 2) методи дискримінантного і варіантного аналізу транспортних систем для випадку однорідних і неоднорідних потоків деталеоперацій, групових транспортних операцій, що дозволяють одержати кількісні оцінки як в умовах повної інформації, так і в умовах невизначеності; 3) імовірнісно-аналітичну модель управління груповими операціями механообробки побудовано на основі теорії напівмарківських процесів, що відрізняється вона від відомих можливістю використовування в ній функцій розподілів загального вигляду з урахуванням директивних строків виконання операцій; 4) модифіковано алгоритми адаптивного управління на основі інформаційних технологій, які відрізняються від відомих використовуванням в них процедур параметричної настройки і самонавчання; 5) інформаційно-логічна модель підтримки прийняття рішень з оперативно-диспетчерського управління, яка в інтерактивному режимі забезпечує просторово-часову організацію потоків деталеоперацій.

Запропоновані методи і інструментальні засоби дозволяють підвищити ефективність систем інтелектуальної підтримки прийняття оперативно-диспетчерських рішень з управління транспортними системами механообробних виробництв.

Ключові слова: автоматизовані транспортно-виробничі системи, моделі прийняття рішень, адаптивні алгоритми, інформаційне забезпечення.

АННОТАЦИЯ

Скаткова Н.А. Автоматизированное управление транспортными системами механообрабатывающих производств на основе информационных технологий. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. Севастопольский национальный технический университет, Севастополь, 2006.

Для выделения базовых типовых компоновочных схем организации транспортно-технологических потоков проведен анализ множества структурно-технологических схем процессов механообработки. На основе анализа основных вариантов организации производственно-технологических потоков предложены типовые трассы материальных потоков, реализуемых автоматизированными транспортными системами и основные типы организации материальных потоков в автоматизированном производстве.

Формализована постановка задачи информационной поддержки оперативно-диспетчерских решений по управлению основным производством механообработки, предлагается метод ее решения, суть которого состоит в совершенствовании и дальнейшем развитии известного метода комбинированного моделирования систем, на основе информационных технологий, алгоритмов адаптивного выбора вариантов и процедур интеллектуальной поддержки процессов принятия решений.

Для развития предложенного метода осуществлена классификация современных автоматизированных транспортных систем, ориентированных для применения в гибких производственных структурах механообработки и проведен функциональный анализ основных типов их структур с учетом особенностей реализации, типовых конструкций и дисциплин функционирования.

С целью сбора данных, которые могут послужить источником информации при моделировании и произвести оценку адекватности моделей, выполнен экспериментально-статистический анализ параметров и системных характеристик автоматизированного транспортно-производственного участка механообработки как объекта автоматизированного управления.

Определены структура и состав специального комплекса математических и имитационных моделей поддержки организационно-диспетчерских решений по управлению транспортной системой участка механообработки. Разработано информационное обеспечение поддержки организационно-технологических решений по управлению транспортной системой участка механообработки.

В развитие алгоритмического подхода адаптивных процедур предложен новый класс алгоритмов: би-адаптивный алгоритм выбора вариантов управления, позволяющего осуществить самонастройку его параметров и адаптивный алгоритм на основе вероятностного автомата с самообучением. Исследованы сравнительные характеристики известных и предложенных алгоритмов адаптивного выбора вариантов управления.

Выполнен анализ вычислительной сложности алгоритмов управления транспортной системой участка механообработки и условий их реализации в реальном масштабе времени и на этой основе осуществлена алгоритмизация оперативно-диспетчерского управления транспортными системами.

Разработана архитектура и реализован базовый проект АРМ оператора-диспетчера на основе диалогово-программного вычислительного комплекса интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений производственно-транспортной системой механообработки.

Ключевые слова: автоматизированные транспортно-производственные системы, модели принятия решений, адаптивные алгоритмы, информационное обеспечение.

ABSTRACT

Skatkova N.A. Automated control of transportation systems in mechanoprocessing productions on the base of information technologies. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree candidate of technical science on a specialty 05.13.06 - automated control systems and progressive information technologies. Sevastopol national technical university, Sevastopol, 2006.

Dissertation is devoted to the elaboration of methods and models of operative-dispatch decisions support for the control of transportation production systems in mechanoprocessing.

The scientific results are as follows: 1) A method of structurization and algorithmization of information processes in decision making technologies on the base of special complex and a set of simulation models; 2) Methods of discriminant and variant analysis of transportation systems in case of homogeneous and heterogeneous flow of part-operations, groups of transportation operations, which allow to get quantitative estimations both in case of complete information and of uncertainty; 3) A probabilistic-analytical model of the control of group mechanic processing operations, which was built by means of the theory of semi-Markov processes and which differs from known ones by the possibility of using probability distributions of general type, taking into account the directive terms of operations completion; 4) Modified algorithms of adaptive control on the base of information technologies, which differ from known ones by using the techniques of parametric tuning and self-learning; 5) An information-logical model of the decision making support for operative-dispatch control, which maintains the space-time organization of part-operations flows in interactive mode.

The proposed methods and tools allow to enhance the effectiveness of operative-dispatch decision making intellectual support systems for the transportation systems control in mechanoprocessing productions.

Key words: automated transportation production systems, decision-making models, adaptive algorithms, data support.

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у Севастопольському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України, м. Севастополь.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Копп Вадим Якович, Севастопольський національний технічний університет, завідувач кафедри “Автоматизовані приладові системи”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Гайський Віталій Олександрович, Морський гідрофізичний інститут НАН України, м. Севастополь, завідувач відділу

кандидат технічних наук, Гнатушенко Вікторія Володимирівна, Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ, доцент кафедри “Інформаційні технології і системи”

Провідна установа: Одеський національний політехнічний університет, кафедра “Комп'ютерні і інтелектуальні системи і мережі”, м. Одеса

Захист відбудеться “05” липня 2006 р. о 11.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д50.052.02. при Севастопольському національному технічному університеті за адресою: 99053, м. Севастополь, Стрілецька балка, Студмістечко.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Севастопольського національного технічного університету за адресою: 99053, м. Севастополь, Стрілецька балка, Студмістечко, бібліотека СевНТУ

Автореферат розіслано 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н., доцент В.О. Крамарь

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність тими. Забезпечення високих показників виробничих процесів є важливою народногосподарською задачею, від рішення якої залежать темпи промислового розвитку країни в цілому. Необхідною умовою успішного розвитку механообробних галузей промисловості є підвищення ефективності автоматизованого управління транспортно-виробничими системами. Особливо відповідальну роль в цьому має оперативно-диспетчерський рівень управління, який повинен забезпечити схвалення обґрунтованих виробничо-технологічних рішень в режимі реального часу в умовах дії інтенсивних перешкод і збурень. Якість функціонування систем управління оперативно-диспетчерського рівня можна істотно підвищити за рахунок раціонального використовування сучасних інформаційних технологій. На теперішній час, завдяки працям вітчизняних і зарубіжних вчених, створено умови для переходу від автоматизації окремих задач оперативного управління до створення цілісних інформаційних управляючих автоматизованих систем. Такі системи є основою для інформаційного забезпечення підтримки управлінських рішень.

Великий внесок у розвиток управління виробничими системами внесли В.М. Глушков, В.С. Міхальович, В.В. Шкурба, Г.С. Поспелов, М.З. Згуровський, Н.Д. Панкратова, R. Hampel, M. Sugeno, D. Ruan. Аналіз наукових результатів, в цій галузі досліджень, показує, що перспективним напрямом є вдосконалення і подальший розвиток методів комбінованого моделювання автоматизованих транспортно-виробничих систем (АТВС) механообробки, основи яких розроблені в працях Л.С. Ямпольського, В.М. Томашевського, В.Г. Митрофанова, С.О. Соколіцина на основі інформаційних технологій імітаційного моделювання, алгоритмів адаптивного вибору варіантів управління, запропонованих О.В. Назіним і О.С. Поздняком і процедур інтелектуальної підтримки процесів схвалення рішень, розвинених Д.О. Поспєловим, Є.В. Бодянським і іншими дослідниками.

Ефективність застосування транспортних систем (ТС) можна істотно підвищити шляхом вибору оптимальних рішень по їх управлінню. Відомі на теперішній час результати теоретичних досліджень у області схвалення рішень, моделювання і управління транспортними системами не задовольняють повною мірою потребам практики, а існуючі методики в більшості випадків мають характер приватних рішень і жорсткі обмеження, вимагають більшого обсягу апріорної інформації.

Таким чином, актуальною науковою задачею є подальший розвиток теорії, методів і засобів ефективного управління транспортно-виробничими комплексами на основі інформаційних технологій і моделей прийняття рішень, які дозволяють створювати інтегровані системи інструментальної підтримки оперативно-диспетчерських рішень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати виконаної роботи одержано в рамках виконання комплексної програми “Науково-технічний прогрес і його соціально-економічні наслідки на 1999-2010 рр. по Україні” НАН України, а також були використані при виконанні держбюджетних НДР “Міра”, що фінансуються, № держ. реєстрації 0197U0089863 і “Міра 1” № держ. реєстрації 0101U001237, виконуваних за планом, затвердженим Міністерством освіти і науки України. У вказаних науково-дослідних роботах автор брав участь як виконавець.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи з'явилося підвищення ефективності систем інтелектуальної підтримки схвалення оперативно-диспетчерських рішень з управління транспортними системами механообробних виробництв шляхом розвитку адаптивного підходу з використанням спеціального комплексу математичних і імітаційних моделей і на основі сучасних інформаційних технологій.

Для досягнення мети потрібно рішення наступного комплексу інформаційно і логічно зв'язаних задач.

1. Здійснити класифікацію сучасних автоматизованих транспортних систем, орієнтованих для застосування у виробничих структурах механообробки і провести їх аналіз з врахуванням особливостей реалізації, типових конструкцій і дисциплін функціонування.

2. Виконати експериментально-статистичний аналіз параметрів і системних характеристик автоматизованої транспортно-виробничої ділянки механообробки як об'єкту автоматизованого управління.

3. Виконати структуризацію інформаційних потоків, алгоритмізацію та імітаційне моделювання функціональних задач оперативно-диспетчерського управління транспортними системами, розробити процедури дискримінантного і варіантного аналізу для однорідних, неоднорідних і групових матеріальних потоків деталеоперацій.

4. Розробити інформаційне забезпечення підтримки організаційно-технологічних рішень з управління транспортною системою ділянки механообробки і на цій основі створити спеціальний комплекс математичних і імітаційних моделей при однорідних і неоднорідних потоках.

5. Здійснити алгоритмізацію оперативно-диспетчерського управління транспортними системами і розвинути методи адаптивного підходу за рахунок використовування процедур самонастроювання і навчання, оцінити можливість реалізації відповідних обчислювальних процедур в умовах режиму реального часу.

6. Розробити модель підтримки схвалення рішень з автоматизованого оперативно-диспетчерського управління транспортними системами металообробних виробництв для основних типів потоків деталеоперацій.

7. Розробити архітектуру і реалізувати базовий проект АРМ оператора-диспетчера на основі діалогово-програмного обчислювального комплексу, що забезпечує інтелектуальну підтримку схвалення управлінських рішень виробничо-транспортною системою механообробки.

8. Виконати дослідне впровадження розробок на ділянці механообробки.

Об'єктом дослідження є автоматизовані транспортно-виробничі системи механообробки.

Предметом дослідження є процеси підтримки оперативно-диспетчерських рішень по управлінню транспортними системами механообробного виробництва.

Методи досліджень. Для вирішення поставлених задач в роботі використано системний підхід і аналіз, теорію графів, теорію цифрових автоматів, теорію ймовірності та математичної статистики. При побудові спеціального комплексу моделей використовувалися теорія марківських і напівмарківських процесів, методи імітаційного моделювання. Для побудови моделей прийняття рішень і алгоритмів управління використовувалися методи теорії прийняття рішень та адаптивних систем.

Достовірність одержаних результатів підтверджується високою адекватністю цифрового моделювання експериментальним даним, а також результатами практичного використовування розроблених алгоритмів і моделей підтримки прийняття рішень з оперативно-диспетчерського управління реальної виробничої ділянки механообробки підприємства суднобудівельного профілю.

Наукова новизна і значущість дисертаційної роботи полягає в наступному.

1. Знайшли подальший розвиток методи структуризації і алгоритмізації інформаційних процесів підтримки прийняття організаційно-технологічних рішень на основі спеціального комплексу і імітаційних моделей.

2. Одержали подальший розвиток методи дискримінантного і варіантного аналізу транспортних систем ділянки механообробки для випадку однорідних і неоднорідних потоків деталеоперацій, групових транспортних операцій, дозволяючи одержати кількісні оцінки як в умовах повної інформації, так і в умовах невизначеності.

3. Вперше запропоновано ймовірнісно-аналітичну модель управління груповими операціями механообробки, яка побудована на основі теорії напівмарківських процесів і відрізняється від відомих можливістю використовування в ній функцій розподілів загального вигляду з врахуванням директивних строків виконання транспортних операцій.

4. Вперше запропоновано модифіковані алгоритми адаптивного управління транспортними системами механообробних виробництв на основі інформаційних технологій, що відрізняються від відомих використовуванням в них процедур параметричної настройки і самонавчання.

5. Вперше запропоновано інформаційно-логічну модель підтримки прийняття рішень з автоматизованого оперативно-диспетчерського управління транспортними системами металообробних виробництв, яка в інтерактивному режимі забезпечує просторово-часову організацію потоків деталеоперацій.

Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що розроблено математичні моделі і алгоритми, на основі яких здійснюється більш раціональне використовування наявних транспортних систем шляхом оптимізації управління ними. Запропоновані моделі дозволяють також виробити більш обґрунтовані технічні вимоги з модернізації і проектуванню таких систем. Це забезпечується за рахунок використовування інформаційних технологій, принципів системного підходу і їх конкретної інтерпретації в даній предметній галузі, розвитком алгоритмів адаптації з пошуку оптимальних рішень організації транспортних потоків, спеціального комплексу математичних моделей, що описують системні характеристики основних типів автоматизованих транспортних систем.

На основі запропонованої моделі і алгоритмів розроблено математичне забезпечення у вигляді пакету прикладних програм для спеціалізованого діалогово-обчислювального комплексу - АРМ оперативно-диспетчерських служб з метою інтелектуальної підтримки процесів прийняття рішень з управління виробничо-транспортними системами механообробки.

Реалізація науково-технічних результатів. Результати роботи (методика і прикладна програмна система АРМ інформаційної підтримки схвалюваних рішень по вдосконаленню управлінських рішень на ділянці механообробки) впроваджено на дочірньому підприємстві Севастопольського морського заводу ім. С. Орджонікідзе “Севморверфь” при впровадженні автоматизованої системи управління транспортними системами механообробки, а також включено до держбюджетної НДР “Міра”, що фінансується, № держ. реєстрації 0197U0089863 і “Міра 1”, № держ. реєстрації 0101U001237, виконувану кафедрою автоматизованих приладових систем.

Наукові положення, висновки і рекомендації, які висловлено в роботі, використовуються в навчальному процесі Севастопольського національного технічного університету і Севастопольського національного університету ядерної енергії і промисловості при підготовці бакалаврів і фахівців з напрямків “Комп'ютерна інженерія”, “Прилади”, “Автоматизація технологічних процесів і виробництв”.

Особистий внесок здобувача. Усі основні результати дисертаційної роботи, які виносяться на захист, отримано автором особисто. У роботах, виконаних в співавторстві, особисто автору належать: метод побудови математичної моделі розподілу запасів в одній спеціальній транспортній задачі [1]; модель розподілу ресурсів автономних транспортних засобів [2]; математичне забезпечення діалогово-програмного комплексу інтелектуальної підтримки операторської діяльності в автоматизованих системах [8].

Апробація результатів дисертації проводилася на наступних науково-технічних конференціях: VII Міжнародній науково-технічній конференції “Моделювання електронних приладів і техпроцесів, забезпечення якості, надійності і радіаційної стійкості приладів і апаратури”, м. Севастополь, 2000р.; IV Міжнародній науково-технічній конференції “Техніка і технологія складання машин”, Польща, Жешов, 2001р.; Міжнародній науково-технічній конференції “Нові технології в машиноприладобудуванні і на транспорті”, 2001р., м. Севастополь; Міжнародній науково-технічній конференції “Автоматизація: проблеми, ідеї, рішення”, 2002р., м. Севастополь; Міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні технології і інформаційна безпека в науці, техніці і освіті “ІНФОТЕХ-2002”, 2002 р.; Сьомій науковій конференції ТДТУ ім. І. Пулюя, 2003 р., м. Тернопіль; 10-й міжнародній конференції по автоматичному управлінню “Автоматика-2003”, м. Севастополь; II-й міжнародній школі-семінарі “Теорія прийняття рішень”, 2004р., м. Ужгород; 12-й міжнародній конференції по автоматичному управлінню, 2005 р., м. Харків; а також на наукових семінарах кафедри автоматизованих приладових систем і кафедри кібернетики і обчислювальної техніки Севастопольського національного технічного університету.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковано у 20 наукових працях, з них 9 статей у наукових виданнях, які входять до Переліку ВАК України як фахові, 11 доповідей у збірниках праць на наукових конференціях.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається з введення, п'яти розділів, висновків та додатків. Повній обсяг дисертації складає 259 сторінок, зокрема 126 сторінок машинописного тексту. Робота містить 65 рисунки, 22 таблиці, 6 додатків на 76 сторінках, 161 найменувань літературних джерел, які використано, на 15 сторінках.

інтелектуальний диспетчерський транспортний механообробний

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність досліджень, сформульовано мету і основні задачі, дана характеристика наукової новизни і практичної значущості одержаних результатів, приведено відомості про апробацію і практичну реалізацію основних результатів.

У першому розділі виконано функціонально-структурний аналіз транспортних систем механообробних виробництв і здійснено вибір перспективних напрямів підвищення ефективності автоматизованого управління ними. Досліджено особливості організації транспортних систем механообробних виробництв.

Процеси механообробки є одними з основних і широко використовуються в самих різних галузях промисловості. Вони включають технологічну, накопичувально-складську підсистему, сумісність яких забезпечується єдиною транспортною і інформаційно-управляючою підсистемами. До складу виробничо-технологічної підсистеми входять виробничі модулі, програмно-переналагоджувані верстати, багатофункціональні оброблювальні центри, створюючи вузли механообробки (ВМ).

Організація матеріальних потоків в механообробці забезпечується транспортними, транспортно-накопичувальними, накопичувально-складськими, транспортно-накопичувально-складськими підсистемами. Їхніми елементами є стаціонарні і переміщувані транспортні роботи (СТР і ПТР), накопичувачі (Н), наочні столи (НС), верстати (С), оброблювальні центри (ОЦ) та ін. Вони забезпечують оперативну доставку в задану точку в необхідний час предметів і знарядь праці в умовах реального часу, змінної інтенсивності потоків, динаміки номенклатури, розмірів і типів партій, зовнішніх обурень. Прикладом сучасної АТВС механообробки є автоматизований комплекс АЛП-3-2, призначений для комплексної механічної обробки корпусних заготівок 70-ти найменувань. На основі аналізу відомих компонувальних схем вибрано варіант типової структури АТВС на базі кільцевої транспортної системи (рис. 1). Досліджені особливості формування матеріальних потоків і їх маршрутної організації, а також функціональні задачі систем автоматизованого управління ними.

Проаналізовано основні цільові задачі управління процесами механообробки оперативно-диспетчерського рівня: забезпечення заданої динаміки і директивних календарних план-графіків випуску виробів. Їх рішення можливе на основі техніко-економічного аналізу виробничих задач і прийняття рішень про призначення необхідного складу основного і допоміжного технологічного обладнання, а також послідовності обробки на них виробів. Схема організації автоматизованого виробничого процесу наведена на рис. 2.

Основна цільова задача управління полягає в наступному. Необхідно розробити алгоритми генерації у реальному часу потоку управляючих команд, які при заданих початкових даних (виробничому завданні, організаційному і ресурсному обмеженнях) забезпечують для критерію якості управління W, що має сенс виробничих втрат, мінімальні значення

,

де ВЗ - класифікаційні характеристики виробничого замовлення; - технологічні маршрути; - тривалість обслуговування; - післяопераційні тривалості; - часи переналагоджень; - об'єм партій; - структурні і параметричні характеристики ВМ; - кількість, швидкість і місткість ТС; - місткості накопичувачів; - варіант розподілу ТС; - алгоритми формуванні черг і ситуаційного обслуговування; - алгоритм управління ТС; ФП - функції переваг при призначенні пріоритетів.

Потік управлінських команд дискретного управління оперативно-диспетчерського рівня повинен забезпечити мінімізацію критерію W: у моменти часу реалізувати послідовність варіантів управління , що мінімізують середні поточні втрати. Особливостями задачі управління є наступні: низька достовірність початкової інформації і її недостатній об'єм; розмірність задачі перевищує можливості аналітичних методів по її рішенню у реальному часі; стохастичність зовнішніх обурень і прийняття рішень в умовах ризику.

В кінці розділу сформульовано мету і основні задачі досліджень.

Другий розділ присвячено експериментально-статистичному аналізу параметрів і системних характеристик автоматизованої транспортно-виробничої ділянки механообробки як об'єкту автоматизованого управління. У ньому також представлено змістовний опис організаційно-технічних характеристик автоматизованої транспортно-виробничої ділянки (на прикладі підприємства суднобудівельного профілю). На підприємстві є дві ділянки, які оснащено достатньо розвиненим функціонально повним верстатним устаткуванням, що дозволяє виконувати всі види операцій механообробки більшості заготівок, використовуваних у судноремонті і суднобудуванні. На ділянках також є розвинена транспортна система, яка організована на основі механічних конвейєрів і безрейкових транспортних візків. Проаналізовано технологічні маршрути і нормативи часу, прийняті при виготовленні типових видів виробів на ділянках. Розроблено методику експериментально-статистичного аналізу основних техніко-експлуатаційних параметрів автоматизованої транспортно-виробничої ділянки суднобудівельного підприємства. Методика припускає проведення аналізу в два етапи. На першому оцінюються числові характеристики випадкових величин, що описують параметри виробничого процесу. На другому - здійснюється ідентифікація функції розподілів випадкових величин - параметрів виробничого процесу, оцінювання ступеня однорідності і статистичної стійкості. Результати експериментально-статистичного аналізу параметрів показують, що на переважній більшості виробничих операцій виготовлення типових деталей виробничий процес володіє достатньою статистичною стабільністю, функції розподілу часу виконання транспортно-виробничих операцій можуть бути апроксимовані усіченими показовими розподілами.

Виконано експериментально-статистичний аналіз системних характеристик автоматизованої транспортно-виробничої ділянки, в якості яких використовувалося середній час виконання виробничого замовлення, коефіцієнти простою ТС і верстатного парку. Досліджено показники ритмічності виробництва в залежності від варіантів управління і параметрів транспортних систем. Виявлено підмножину ефективних управлінь, при реалізації яких обробка партії виробів вимагає істотно менших тимчасових витрат з відповідним зменшенням коефіцієнтів простою технологічного устаткування. На основі аналізу виконання календарних план-графіків для цієї підмножини варіантів управління встановлено, що виробничий процес в цілому є достатньо стабільним і керованим. Як параметри управління було використано пріоритети в обслуговуванні і швидкість переміщення транспортних засобів.

У третьому розділі розглядаються інформаційне забезпечення та імітаційні моделі в автоматизованих транспортно-виробничих системах на основі узагальненої концептуальної моделі. Істотно, що концептуальна модель описує структуру АТВС як багатоканальну систему або мережу масового обслуговування складної структури з пріоритетами, що призначаються, і зовнішніми перериваннями. Особливість запропонованої моделі, що відрізняється від відомих, полягає у тому, що транспортна система представлена в ній як обслуговуюча по відношенню до заявок, що поступають від ВМ.

На основі аналізу особливостей процесів переробки інформації в автоматизованих транспортних системах запропоновано процедури формування інформаційного забезпечення автоматизованого управління транспортними системами, основними структурними одиницями якого є директивні часи календарно-виробничих графіків, доступні ресурси і величини навантажень, інформаційні матриці матеріальних доставок, їх інтенсивності та розклади, список заборонених ситуацій при транспортному обслуговуванні, вектори бінарних відносин для формування матриці динамічних пріоритетів. Схема формування основних функціональних задач ТС і їх інформаційне забезпечення наведена на рис.3. На її основі розроблена функціональна структура розподіленої трьохрівневої АСУ УМО з розвиненою підсистемою оперативно-диспетчерського управління. На склад інформаційного опису, крім оперативно-диспетчерського управління задачами основного виробництва, впливають також результати рішення різних управлінських задач: постачання, збуту, обліково-статистичних, планово-ремонтних і ін.

Здійснено формалізацію опису матеріальних потоків на основі мереж функціональних відносин типу “об'єкт-переміщення” і автоматних представлень типу “об'єкт-управління”. Структурно виділено автомати формування умовної одиниці і матеріального потоку в цілому, його станів і управлінь ним. Мережі функціональних відносин і автоматні уявлення є інформаційною основою та початковим алгоритмічним описом. З їх використовуванням розроблено імітаційні моделі транспортно-виробничих систем лінійної, радіальної і кільцевої структур для однорідних, неоднорідних потоків деталеоперацій, а також для групових транспортних операцій. Проведено верифікацію побудованих імітаційних моделей і виконано робочі розрахунки з метою заповнення апріорної інформації, що бракує, і подальшої оцінки ефективності різних варіантів управління.

У четвертому розділі виконано алгоритмізацію процесів підтримки прийняття організаційно-технологічних рішень з управління транспортною системою ділянки механообробки.

Запропоновано модель розпізнавання виробничо-технологічних ситуацій на ділянці механообробки, що якнайповніше використовує апріорну інформацію. Модель заснована на порівнянні спостережуваної ситуації і раніше виділених - типових. Типова ситуація задається кортежем , елементи якого описують: структурно-функціональний тип АТВС, елементи структури АТВС, параметри структури, виробничо-технологічні характеристики замовлення, критерії системи, критерійний функціонал. Аналогічно, спостережувана виробничо-технологічна ситуація - це кортеж . Елементи кортежів піддаються лінійному функціональному перетворенню з метою приведення їх шляхом масштабування до одиничного відрізка: [0, 1]. Класифікаційне правило, за яким розв'язується задача розпізнавання ситуації, засноване на реалізації принципу знаходження мінімальної відстані між відповідними кортежами, тобто рішення задачі класифікації зводиться до знаходження індексу , для якого: .

Результат розпізнавання використовується в запропонованій моделі прийняття рішень . - ідентифікатор типової ситуації у момент часу , і - відповідно правила побудови інтегральної оцінки варіантів і прийняття рішень щодо вибору одного з них. Модель забезпечує інформаційну підтримку ОПР при ухваленні їм оперативно-диспетчерських рішень з управління транспортно-виробничою системою механообробки. Конструктивно модель задано послідовністю операторних виразів, в яких індекси визначають: - момент часу прийняття рішень (), - типову проблемну ситуацію (), - альтернативні рішення, пов'язані з типовою проблемною ситуацією (), - правило прийняття рішень (), - правило обчислення елементів оцінного стовпця матриці прийняття рішень, - рекомендоване рішення. У моделі використовуються: функціональні процедури ідентифікації , функціональні процедури організації діалогу з ОПР - і функціональні обчислювальні процедури , реалізовані на основі модельного блоку, описаного в розділі 3.

Перший оператор здійснює детерміноване розпізнавання виробничо-технологічної ситуації і виділяє типову ситуацію . Якщо спроба виділити завершена успішно, то далі на основі процедури виконується ідентифікація списку альтернативних рішень для цієї типової ситуації. Другий оператор задає правило побудови оцінної матриці і на його основі з використанням процедури формує в циклі елементи рядка цієї матриці. Наступний оператор визначає правило побудови елементів оцінного стовпця на основі процедури , відповідного матриці за умови, що для правила і типової ситуації допустимо застосування правила . Останній оператор визначає правило прийняття рішень для вибору елементу оцінного стовпця, відповідного рекомендованому рішенню за умови, що правило допустимо для заданих умов і йому відповідає функціональна обчислювальна процедура . Далі визначається значення індексу , що задає номер рекомендованого варіанту рішення. Процеси прийняття рішень інформаційно підтримуються спеціальним комплексом математичних і імітаційних моделей. До складу комплексу включено моделі, що описують однорідні і неоднорідні матеріальні потоки, групові і спеціальні транспортні операції, які використовуються в операційних процедурах . На основі модельного комплексу виконано варіантний і дискримінантний аналіз варіантів управлінь транспортною системою ділянки механообробки. Для основних типів транспортно-виробничих систем при однорідному потоці деталеоперацій визначено операційні характеристики. З їх використанням за наслідками ідентифікації виробничо-технологічної і критерійної ситуації знайдено чисельні значення комплексних системних і вартісних критеріїв. Це дало можливість знайти відносні оцінки порівнянь варіантів управлінських рішень і вибрати найефективніші функції бінарних переваг. Для випадків інформаційної невизначеності виробничих ситуацій розроблено алгоритми прийняття управлінських рішень для основних типів транспортно-виробничих систем при однорідному потоці деталеоперацій з використанням відомих критеріїв прийняття рішень.

Приклад інформаційної підтримки прийняття оперативно-диспетчерських рішень для транспортно-виробничих систем, в яких транспортна система і вузол механообробки - багатоканальні, час очікування - не обмежений, наведено в таблиці 1. Рекомендоване рішення - шостий рядок, тобто одноканальний транспортний засіб, з інтенсивністю обслуговування 0,2 год^-1. При цьому значення критерійної функції істотно зменшується (до 30% від первинного значення). Для пріоритетних варіантів виконаний розрахунок коефіцієнтів завантаження ТС і ВМ, а також АТВС в цілому.

Для випадку неоднорідних потоків деталеоперацій також запропоновано відповідні алгоритми виконання варіантного і дискримінантного аналізу управлінь транспортною системою. З цією метою в рамках марківського підходу побудовано відповідні математичні моделі для різних дисциплін обслуговування з пріоритетами. З їх використовуванням розроблено алгоритми прийняття управлінських рішень.

Запропоновано математичну модель управління груповою транспортною операцією механообробки, розробка якої виконана за умови немарківського підходу з використанням функцій розподілу загального вигляду. Модель дозволяє оцінити основну системну характеристику - математичне очікування часу успішного її завершення ( - число фаз групової операції). Математична модель в цьому випадку може бути задана характеристиками двовимірного напівмарківського процесу - , де - номер стану ТС в -й момент часу, - випадкова величина з функцією розподілу , що описує тривалість виконання -ї фази групової транспортної операції, а - нормативний час її виконання. Імовірність переходів вкладеного ланцюжка Маркова визначаються таким чином:

Решта перехідної імовірності дорівнює нулю, часи перебування в станах визначаються як і , , - часи перебування системи в -му стані за умови переходу в -й стан. При успішному виконанні всіх фаз групової транспортної операції система виявляється в стані . Показано, що для математичних очікувань справедлива наступна система рівнянь:

На основі її рішень одержуємо:

.

Запропонована модель дозволяє підтримувати прийняття рішень з наступної сукупності системотехнічних задач управління груповими транспортними операціями:

- визначити раціональні нормативи часу виконання фаз транспортних операцій;

- оцінити ефективність групової транспортної операції для даної партії деталей;

- поліпшити формування груп деталей виробничого замовлення;

- виконати теоретико-множинну постановку, інтерпретацію і рішення задачі про мінімальне покриття, що дозволяє оптимізувати ухвалюванні рішення на безлічі векторів, які описують сукупність усіх виробничих замовлень ділянки.

На цій основі розроблено алгоритми виконання варіантного аналізу управління груповою транспортною операцією і запропоновано відповідну логіко-алгоритмічну схему підтримки прийняття рішень ОПР.

П'ятий розділ присвячено алгоритмізації управління транспортною системою і розробці інформаційно-програмного забезпечення АРМ оператора-диспетчера.

Виконано аналіз обчислювальної складності алгоритмів управління та умов можливості їх реалізації в реальному масштабі часу в класі відомих моделей математичного програмування і на основі методу послідовного поліпшення варіантів. Показано, що з урахуванням реальної розмірності транспортних систем і ВМ на основі відомих методів не можуть бути побудовані алгоритми, що задовільно працюють в реальному масштабі часу. Крім того, модель математичного програмування призводить до необхідності рішення задачі неполіноміальної складності, а процедури послідовного поліпшення варіантів вимагають використання неприпустимих об'ємів швидкодійної оперативної пам'яті та непрогнозованого галуження варіантів. З метою подолання вказаних труднощів в роботі запропоновано використовувати підхід, заснований на адаптивному виборі варіантів управління на основі відомих алгоритмів Варшавського-Воронцової, Буша-Мостеллера, Люіса і досліджено швидкість їх збіжності для реальних задач. Показано, що в умовах істотної неоднорідності виробничих завдань характеристики збіжності вказаних алгоритмів є недостатніми. Тому в розвиток відомих алгоритмів адаптивного вибору варіантів запропоновано два нових. Перший відрізняється від відомих наявністю в ньому процедур параметричної самонастроювання параметра чутливості

Другий адаптивний алгоритм побудовано на основі автомата імовірності з самонавчанням

Таблиця переходів внутрішніх станів автомату визначається функцією поточних бінарних втрат .

Перший алгоритм доцільніше використовувати в задачах великої розмірності, другий - в умовах підвищених вимог до швидкості збіжності. Збіжність запропонованих алгоритмів забезпечена, оскільки вони повністю задовольняють вимогам леми Назіна-Поздняка. Досліджено порівняльні характеристики відомих і запропонованих алгоритмів. Показано, що в умовах істотної апріорної невизначеності, пов'язаної з формуванням портфеля замовлень і виробничо-технологічною ситуацією на ділянці механообробки, запропоновані алгоритми мають кращі характеристики і дозволяють знайти рішення, ефективність яких вища на 7-10%. Характеристики машинної реалізації такі, що пропоновані алгоритми достатні з погляду використовування їх в системах управління реального часу.

Запропоновано склад і структуру підсистеми оперативного управління АТВС, що використовує описані алгоритми. Крім того, в її склад включені: модельний блок, блок розпізнавання виробничих ситуацій, бібліотека типових рішень, блок оцінювання системних характеристик. Підсистема має розвинений інтерфейс, орієнтований для підтримки прийняття рішень оперативно-диспетчерського рівня на ділянці механообробки. Запропоновано відповідну архітектуру АРМ оператора-диспетчера з управління транспортними системами. АРМ є діалогово-програмний обчислювальний комплекс інтелектуальної підтримки прийняття управлінських рішень виробничо-транспортною системою механообробки. Діалог з ОПР здійснюється на основі мови високого рівня, що підтримує типові сценарії рішення виробничих задач. На основі аналізу функціональних задач підсистеми оперативного управління АТС розроблено відповідне загальне і спеціальне програмне забезпечення.

ВИСНОВКИ

1. Проведено аналіз безлічі структурно-технологічних схем процесів механообробки, який показав, що загальним для них є здійснення руху заготівок по деякому типовому технологічному ланцюжку. На основі аналізу основних варіантів організації виробничо-технологічних потоків запропоновано типові траси матеріальних потоків, що реалізовані автоматизованими транспортними системами і основні типи організації матеріальних потоків в автоматизованому виробництві. Здійснено класифікацію сучасних автоматизованих транспортних систем, орієнтованих для застосування в гнучких виробничих структурах механообробки і проведено функціональний аналіз основних типів їх структур з урахуванням особливостей реалізації, типових конструкцій та дисциплін функціонування.

2. Виконано експериментально-статистичний аналіз параметрів і системних характеристик автоматизованої транспортно-виробничої ділянки механообробки як об'єкту автоматизованого управління. Його результати показують, що на переважній більшості виробничих операцій виготовлення типових деталей виробничий процес володіє достатньою статистичною стійкістю, функції розподілу часу виконання транспортно-виробничих операцій можуть бути апроксимовані усіченим показовим законом. Експериментально встановлено, що продуктивність виробничого процесу на ділянці можна підвищити на 25-30% за рахунок раціоналізації управлінських рішень.

3. Виконано алгоритмізацію та імітаційне моделювання функціональних задач управління і переробки інформації в автоматизованих транспортних системах. Показано, що за рахунок вибору якнайкращих рішень середнє значення цільової функції, що описує виробничі втрати, може бути зменшене на 18-22%.

4. Розроблено інформаційне забезпечення підтримки організаційно-технологічних рішень з управління транспортною системою ділянки механообробки і на цій основі створено спеціальний комплекс математичних і імітаційних моделей при однорідних і неоднорідних потоках. Аналіз моделей показав, що відповідно до статистичних критеріїв на рівні значущості 0,95 вони є адекватними, а відхилення математичних очікувань не перевищують 5%-го рівня.

5. Виконано аналіз обчислювальної складності алгоритмів управління транспортною системою ділянки механообробки, а також умов їх реалізації в реальному масштабі часу і на цій основі здійснено алгоритмізацію оперативно-диспетчерського управління транспортними системами.

6. Розвинені методи адаптивного підходу щодо вибору варіантів управління за рахунок використовування в них процедур самонастройки і навчання. Запропоновані алгоритми дозволяють практично удвічі поліпшити збіжність, а також підвищити коефіцієнт використовування устаткування на ділянці механообробки в середньому на 9%.

7. Розроблено архітектуру і реалізовано базовий проект АРМ оператора-диспетчера на основі діалогово-програмного обчислювального комплексу інтелектуальної підтримки прийняття управлінських рішень виробничо-транспортною системою механообробки.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Скаткова Н.А., Кирюхин В.В. Математическая модель распределения запасов в одной специальной транспортной задаче// Сб. науч. тр. СВМИ “Информация и распознавание в системах локации и управления”. Вып.2. Севастополь: СВМИ. - 1998. - С.115-119.

2. Скаткова Н.А. Адаптивная имитационная модель информационных процессов организации транспортных потоков// Вестник СевГТУ “Информатика, электроника, связь”. Севастополь: Изд-во СевГТУ, - 2001. Вып. 31. - С. 47-52.

3. Скаткова Н.А., Кирюхин В.В. Оптимальное управление ресурсами автономных транспортных средств. Сб. науч. тр. “Оптимизация производственных процессов”. Севастополь: Изд-во СевГТУ, - 2001. Вып.4. - С. 99-101.

4. Скаткова Н.А. Моделирование многофазных транспортных систем с ограниченным ресурсом времени. Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины №11. Т. 2. - Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2001. - С.127-131.

5. Скаткова Н.А. Разработка имитационной модели функционирования транспортного робота, Вестник СевГТУ “Автоматизация процессов и управление”. Севастополь: Изд-во СевГТУ, - 2002. Вып. 36. - С. 157-162.

6. Скаткова Н.А. Математическая модель транспортной системы замкнутого типа с ограничениями во время ожидания. Вестник СевГТУ “Автоматизация: проблемы, идеи, решения”. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, - 2002. - С.196-199.

7. Скаткова Н.А. Адаптивные процедуры оптимизации структур транспортных систем автоматизированных производств, Сб. науч. тр. “Оптимизация производственных процессов”. Севастополь: Изд-во СевНТУ, - 2003. Вып.6. - С.171-179.

8. Скаткова Н.А., Скатков И.А. Диалого-программный комплекс интеллектуальной поддержки операторской деятельности в автоматизированных системах. Вестник СевГТУ “Информатика, электроника, связь”. Севастополь: Изд-во СевНТУ. - 2003. Вып. 47. - С. 80-88.

9. Скаткова Н.А., Копп В.Я. Оптимизация функционирования круговых конвейерных систем. Сб. трудов IV Международной научно-технической конференции “Техника и технология сборки машин”. Польша, Жешов. - 2001. - С. 69-73.

Размещено на Allbest.ru

...