Формализация динамики производственного процесса для разработки имитационной модели и информационной системы динамики потребления электроресурсов на промышленных предприятиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формализация динамики производственного процесса для разработки имитационной модели и информационной системы динамики потребления электроресурсов на промышленных предприятиях

Стычук А.А.

Most sharply problem of the forecasting of the consumption to electric powers on industrial enterprise is connected with impossibility of the building of the complex intellectual systems because their dearly and insufficient study. The realized formalization speakers production process, are considered standard technological processes on industrial enterprise of complex instrument-making with single and short-run type production.

На практике, при планировании потребления электроресурсов на промышленных предприятиях сложного приборостроения с единичным и мелкосерийным типом производства в соответствии с предполагаемой производственной программой используются достигнутые среднестатистические показатели потребления электроэнергии и объемов производства за определенный период времени. Данный метод является недостаточно точным, поскольку при осуществлении производства возникают значительные отклонения фактических показателей от прогнозируемых.

Проведенный анализ показал, что для решения поставленных в исследовании задач наиболее целесообразно использовать имитационное моделирование, позволяющее исследовать динамику поведения сложных систем в условиях неопределенности или изменяющихся условий внешней и внутренней среды.

Имитационное моделирование - процесс конструирования модели реальной системы и проведения экспериментов с этой моделью с целью понять поведение системы, либо оценить в рамках имеющихся ограничений различные стратегии, обеспечивающие функционирование данной системы [1].

Формально имитационную модель можно определить как программный аналог реальной системы, воспроизводящий ее динамику функционирования и построенный на принципах структурно-функционального соответствия (рисунок 1), где:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Формальное определение имитационной модели

- отклик системы, ;

p - количество откликов;

- значение j-ой входной переменной, ;

h - количество управляемых и неуправляемых переменных системы;

- вероятность наступления события l, ;

- значение l-й выходной переменной имитационной модели в i-ом прогоне, , ;

N - число прогонов имитационной модели;

k - количество управляемых переменных имитационной модели, ;

- функция, описывающая физическую систему, ;

- аппроксимация функции , ;

- случайные ошибки моделирования, , .

С точки зрения построения производственной программы необходимо описать производственную структуру промышленного предприятия и структуру технологических процессов производства изделий. Технологический процесс в имитационной модели представляет собой последовательность операций обработки, для каждой из которых задано нормативное время выполнения. Производственная структура предприятия представляет собой совокупность производственных подразделений и технологического оборудования, находящегося в каждом подразделении (рисунок 2), где:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 - Производственная структура промышленного предприятия

G_i - множество производственных подразделений промышленного предприятия, ;

m - количество производственных подразделений на промышленном предприятии;

q_ij - множество технологического оборудования в производственном подразделении G_i, , ;

n_i - количество типов технологического оборудования в производственном подразделении G_i, ;

- множество возможных переходов между технологическим оборудованием q_ij в производственном подразделении G_i, , , ;

- множество возможных переходов между производственными подразделениями G_i, заданное на множестве технологического оборудования промышленного предприятия, , , .

Каждое производственное подразделение характеризуется потреблением электроэнергии. Основные направления ее расходования на промышленных предприятиях сложного приборостроения с единичным и мелкосерийным типом производства представлены на рисунке 3 (схема построена по данным ЗАО «Научприбор»). На этой схеме отдельно выделено оборудование гальванического цеха, так как на этот цех приходится большая часть потребления электроэнергии по сравнению с другими подразделениями предприятия. Кроме технологических операций обработки, потребление электроэнергии осуществляется на этапах транспортировки изделий как внутри подразделений, так и между ними (косвенные расходы). Все это позволяет выделить в имитационной модели следующие основные составляющие, отражающие потребление электрической энергии:

1. Оборудование, непосредственно используемое в технологическом процессе изготовления изделий.

2. Электрический транспорт.

3. Технологическое оборудование, обеспечивающее жизнедеятельность производственных подразделений.

Каждая единица технологического оборудования первого типа в имитационной модели представляет собой программный модуль, включение и выключение которого определяется условиями функционирования модели. В этом программном модуле указывается номер (тип) оборудования и его состояние в текущий момент. К каждой единице технологического оборудования формируется очередь.

Оборудование второго типа также описывается в виде программного модуля, обращение к которому определяется условиями функционирования модели. При описании производственного подразделения формируются данные о наличии в нем электрического транспорта и возможности его использования при транспортировке детали между единицами технологического оборудования.

Третий тип оборудования описывается в виде программного модуля, осуществляющего включение и выключение технологического оборудования, обеспечивающего жизнедеятельность производственных подразделений. В зависимости от сменности работы и внешних условий функционирования производственных подразделений определяется последовательность включения и выключения технологического оборудования, обеспечивающего жизнедеятельность производственных подразделений и не связанного напрямую с выполнением технологических операций [1].

Разработка программных модулей, реализующих имитационную модель динамики потребления электроресурсов, включает следующие этапы [2]:

- формирование модуля состава производства (отдельные производственные единицы, транспортные средства, технологическое оборудование, накопители, межоперационный склад и т.д.), а также типы и количество технологических маршрутов;

- разработка блоков обработки отдельных событий (рабочих модулей). Эти блоки программно отражают все узловые моменты функционирования производственной системы, связанные с определенными событиями, которые являются вершинами построенной граф-схемы модели. В программном рабочем модуле осуществляется обращение к конкретной информационной базе, связанной с этим модулем, и изменяются соответствующие характеристики;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 - Схема, показывающая направления расходования электроэнергии на промышленных предприятиях сложного приборостроения с единичным и мелкосерийным типом производства

- построение монитора, обрабатывающего логико-временные связи, выделенные в граф-схеме модели путем организации логических переходов с указанием номеров рабочих модулей, на которые осуществляется передача управления и номеров транзактов (партий деталей), связанных с передвижением их в производственной системе. Кроме того, на монитор возлагаются функции ведения списка событий;

- формирование модуля статистики, осуществляющего выдачу тех статистических данных, которые необходимы при анализе моделируемых вариантов управленческих решений.

Исходными данными для программной имитационной модели являются:

- формализованное задание структуры производственной системы;

- формализованное представление технологических маршрутов обработки деталей.

Задание структуры производственной системы включает в себя:

- перечень производственных единиц (цехов, участков, линий), из которых состоит исследуемая структура;

- особенности связей между производственными единицами (топология транспортной системы);

- количество операций обработки в технологическом маршруте каждого типа;

- принцип закрепления технологического оборудования (ТО) за операциями обработки;

- технологические маршруты обработки деталей;

- длительность операций обработки;

- профессиональный состав производственных рабочих;

- размеры партий деталей каждого типа.

Задание входного потока партий деталей может быть детерминированным - в виде плановой последовательности обработки и вероятностным - в виде частотного вектора [2].

Распределение времени выполнения операций обработки по типам приведено в матрице Т:

, (1)

где t_ij - нормативное время обработки i-й операции j-гo технологического маршрута x_ij-м ТО.

Распределение потребления электроэнергии во время выполнения операций обработки приведено в матрице E:

, (2)

где e_ij - нормативное потребление электроэнергии во время i-й операции j-гo технологического маршрута x_ij-м ТО.

Результатом имитационного моделирования является плановое задание, которое включает плановые объемы выпуска деталей:

имитационная модель потребление электроресурс

P={P₁,P₂,...,P_i,...,P_m}, (3)

где P_i - плановый объем выпуска деталей i-гo типа;

плановые сроки выпуска:

T={T₁,T₂,...,T_i,...,T_m}, (4)

где T_i - плановый срок выпуска деталей i-го типа;

и плановые объемы потребления электроэнергии:

E={E₁,E₂,...,E_i,...,E_m}, (5)

где E_i - плановый объем потребления электроэнергии при выпуске деталей i-го типа.

Дискретно-событийные системы - динамические системы, в процессе функционирования которых текущее состояние системы S(t₀) в моменты времени t_i наступления событий меняется скачком и система переходит в некоторое состояние S(t_i). Состояние системы в момент времени t_i определяется набором некоторых атрибутов {S₁(t₁),S₂(t₂),...,S_i(t_i)}, которые в этот момент обнаруживаются в системе [1].

Все моделирование динамики функционирования производственной системы разбивается на прогоны, каждый из которых соответствует определенному набору исходных данных и конкретному варианту исследования. Множество прогонов может быть организовано с помощью методов планирования экспериментов либо на анализе конкретных вариантов управленческих решений [3].

На первом этапе моделирования выполняется описание динамики функционирования производства. Разработка имитационных моделей предполагает применение формализованных методов описания динамики функционирования производства. В качестве типовых технологических процессов (ТП) на промышленных предприятиях сложного приборостроения с единичным и мелкосерийным типом производства можно выделить следующие:

- дискретные технологические процессы;

- дискретно-непрерывные технологические процессы;

- технологические процессы механосборки.

Для построения диалоговой подсистемы автоматизированного управления электроресурсами на промышленном предприятии необходимо построить имитационную модель динамики функционирования дискретного производства на уровне предприятия. Характерной особенностью разработанной модели является то, что в ней воспроизводится процесс производства сложных изделий, в состав которых входят десятки тысяч комплектующих. Вследствие этого большую сложность представляет собой организация информационной базы состава изделий, основанной на конструкторских и технологических спецификациях реального предприятия [1].

Литература

1. Стычук, А. А. Диалоговая подсистема автоматизированного управления электроресурсами промышленного предприятия [Текст]: дис. … канд. техн. наук: 05.13.06: защищена 23.05.06: утв. 15.09.06 / Стычук Алексей Александрович. - Орел, 2006. - 190 с.

2. Савина, О. А. Управление промышленными предприятиями с использованием систем поддержки решений [Текст] / О. А. Савина. - М.: МАИ, 2000. - 256 с.: ил.

3. Савина, О. А. Имитационное моделирование экономических систем и процессов [Текст]: учебное пособие / О. А. Савина. - Орел: ОрелГТУ, 2004. - 172 с.

Размещено на Allbest.ru