ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Джербі Мохамед Шамседдін Б.Алі

(Туніс)

УДК 622. 232. 72

Комплексна система автоматизації технологічних процесів виготовлення механізованих кріплень

Спеціальність 05.13.07 – автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донецьк – 2001г.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донецькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор

Спорихін Віктор Якович,

професор кафедри "Автоматизовані системи управління" Донецького національного технічного університету, м. Донецьк.

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, с.н.с.

Сілаєв Віктор Іванович,

професор кафедри "Менеджмент у виробничій сфері" Донецької державної академії управління, м. Донецьк

кандидат технічних наук, с.н.с.

Демченко Микола Петрович,

зав. лабораторією державного підприємства " Науково – технічний центр проблем енергозбереження" м. Донецьк

Провідна установа: | Національна гірнича академія України, кафедра “Автоматизація виробничих процесів”

Міністерства освіти і науки України

м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться “ 15 ” листопада 2001р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К11.052.03 Донецького національного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, корп.1, ауд. 201.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького національного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, корп.2.

Автореферат розісланий “ 08 ” жовтня 2001р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К11.052.03,

кандидат технічних наук, доцент | Мокрий Г.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність і ступінь дослідження тематики дисертації. Випуск у задані тер-міни не-обхідної кількості очисних комплексів для механізації видобутку вугілля визначається можливістю виготовлення механізованих кріплень і потребує інтен-сифікації їх ви-робництва на основі автоматизації дискретно-безперевних техноло-гічних процесів. Ав-томатизація технологічних процесів виготовлення кріплень являє собою складну нау-ково-технічну проблему, у рішенні якої беруть участь колективи науково-дослідних, конструкторських, технологічних інститутів і проектних організацій, вищих навчальних закладів, заводів вугільного машинобудування, у тому числі шахтної автоматики.

Комплексна автоматизація дозволяє підвищити ефективність виробничогосподарсь-кої діяльності об'єктів що управляються, за рахунок мобілізації їх внутрішніх резервів. Розробка і впровадження систем автоматизації з використанням математичних методів і моделей для автоматизації процесів опрацювання технологічної інформації на основі новітніх технічних засобів і інформаційних технологій супроводжується зміною рівня організації і технології управління у результаті рішення управлінських задач, що під-вищують синхронізацію технологічних процесів і знижують час циклу виготовлення лавокомплекту вуглевидобувного комплексу.

Поява нових обчислювальних машин і програмного забезпечення висувають актуа-льні дослідницькі задачі, пов'язані з алгоритмізацією управління технологічними проце-сами, обгрунтуванням структури локальних обчислювальних систем (ЛОС) у складі ін-тегрованої системи управління підприємством, розвитком методів і засобів моделю-вання технологічних процесів, забезпеченням випуску необ-хідної кількості механізова-них кріплень у задані терміни на основі систем автома-тизації управління виробництвом.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати даної дисерта-ційної роботи використані кафедрою “Автоматизовані системи управ-ління” Донецького національного технічного університету при виконанні держ-бюджетної теми Н-3-97 “Об-грунтування і створення комп'ютерних систем опра-цювання інформації, управління і ді-агностики для наукової і навчальної роботи”.

Метою роботи є інтенсифікація і підвищення ефективності виробництва кріплень за рахунок створення комплексної системи автоматизації управління техно-логічними про-цесами виготовлення механізованих кріплень на основі дослідже-ння багаторівневої дискре-тно-безперевної системи, параметри якої змінюються в просторі і часі, з використанням теорії випадкових процесів і імітаційного моде-лювання.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі основні задачі:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Об'єктом дослідження є дискретно-безперевний технологічний процес виго-товлення механізованого кріплення, в якому одночасно виконуються конвеєрні, рівнобіжні, цик-лічні процеси, взаємопогоджені за часом і у просторі.

Предметом дослідження є багатозв’язні динамічні підсистеми: автоматизації управ-ління технологічними маршрутами, автоматизації управління термічного цеху та комплексна система автоматизації управління технологіч-ним процесом виго-товлення механізованого кріплення.

Методи дослідження.

У роботі використана теорія автоматів, теорія імовірності і математичної стати-стики, методи імітаційного моделювання, теорія автоматичного й автоматизованого управління і методи обчислювального експерименту.

Наукова новизна отриманих результатів.

1.

2.

3.

4.

5.

Таким чином, наукове значення роботи полягає в розвитку принципів і засобів моду-льного моделювання багатомірних динамічних дискретно-безперевних сис-тем з отриманням оперативних керуючих алгоритмів і ідентифікацією зв'язків в автоматич-ному й автоматизованому режимах з урахуванням впливу реальних виробничо-техноло-гічних умов, а також у розвитку принципів і підходів до про-цесу побудови складних систем ав-томатизації управління технологічними проце-сами виготовлення механізованих кріп-лень вуглевидобувних комплексів.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Розроблено алгоритми і програми технологічних операцій виготовлення секції кріплення й імітаційна модель технологічного маршруту, що використовуються в розра-хунках і коригуванні змінно-добових завдань цехам, виробничим ді-лянкам і як керуючі алгоритми і програми в системі автоматизації управління ви-готовленням кріп-лень.

2. Запропоновано алгоритми і програми термообробки для автоматичного регулю-вання температури в печах і як керуючі алгоритми в системі автоматизації управління термічним цехом.

3. Обгрунтовано два нових критерії - рівень синхронізації технологічних процесів і три-валість циклу виготовлення лаво-комплекта кріплення для оцінки рівня інтенсифіка-ції й ефективності виробництва кріплень.

4. Запропоновано методику визначення частоти контролю і регулювання парамет-рів протягом зміни системи автоматизації управління технологічними маршрутами виготов-лення механізованих кріплень.

5. Розроблено комплексну систему автоматизації управління технологічними про-це-сами виготовлення механізованих кріплень для дискретно-безперервного виробництва, із використанням теорії випадкових процесів.

Розроблені в дисертаційній роботі методика, моделі, програми і результати теоретич-них і експериментальних досліджень використані ВАТ “Дружківський ма-шинобудів-ний завод” при створенні корпоративної інтегрованої інформаційноке-руючої системи за-воду; виробничим об'єднанням “Укрвуглемаш”, науково-дослідним інститутом “Ав-то-матгірмаш” при створенні комплексних систем автомати-зації виробництва; кафед-рою “Автоматизовані системи управління” Донецького національного технічного універ-ситету в навчальному процесі і науково-дослід-ній роботі.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто розроблені математичні мо-делі і програми компонентів технологічного процесу виготовлення механізова-ного кріплення, методика, алгоритм і програма визначення частоти контролю па-раметрів технологічних маршрутів, підсистема автоматизації керування проце-сом термообробки, структура дво-рівневої комплексної системи автоматизації керування технологічним процесом вигото-влення механізованого кріплення.

Апробація результатів дисертації.

Результати дисертаційної роботи доповідались і отримали схвалення на таких на-укових нарадах, семінарах і між-народних конференціях: на 1-ій міжнародній кон-ференції “Современные техно-логии ре-сурсо-энергосбережения” (Київ, 1997р.); на 1-ій міжнародній конференції “Современ-ная контрольно-испытательная тех-ника про-мыш-лен-ных изделий и их сертификация” (м. Мукачево, Київ 1997р.); на міжнародній конфе-ренції “Современные информационные и энергосбере-гаю-щие технологии жизнеобес-печения человека” (м. Харків, 1999р.); на міжнародній конфе-ренції “Современные информационные и энергосбе-регающие техно-логии жизнеобеспечения человека” (м. Ві-нниця, 2000р.); на конфе-ренції “Научные ра-боты Донецкого государственного техниче-ского универси-тета” (м. Донецьк, 1999-2000рр); на семінарах кафедри “Автоматизовані системи управління” (м. Донецьк, 1996-2000рр) і міжкафедральному розширеному семінарі Донецького державного техні-чного університету (м. Донецьк, 2000).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 10 друкарських роботах, у тому чи-слі в 8 наукових виданнях і в 2 доповідях на міжнародних науковотехнічних конферен-ціях.

Структура та обсяг роботи.

Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновку і додатків, викладе-них на 220 сторінках машинописного тексту, містить 54 рисунків, 3 таб-лиці, спи-сок використаної літератури з 122 найменувань і 13 додатків на 36 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми, зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, ціль і задачі досліджень, методи досліджень, наукова но-визна отрима-них результатів, особистий внесок здобувача, апробація результатів дисертації, кількість публікацій.

В першому розділі відзначається, що в розвиток наукового напрямку розробки й удо-сконалювання комплексних систем автоматизації внесли значний внесок на-укові і на-вчальні організації: Інститут кібернетики НАН України, НТУ-КПІ, Гіп-ровуглеавтома-ти-зація, Автоматгірмаш, ІГД ім. Скочинського, Інсистемшахт, ПКТІ, НПІ, МГІ, ДонНТУ, НГА, а також інші науково-дослідні, навчальні, проек-тно-конструктор-ські інсти-тути, заводи вугільного машинобудування і шахтної автоматики. Цінний внесок у створення і дослідження систем автоматизації на підприємствах і заводах вугільної про-мисловості внесли вчені і спеціалісти: Борисов О.А., Груба В.І., Демченко М.П., Красік Я.Л., Клубін В.П., Лаздинь С.В., Лапко В.В., Махмудов А.Г., Напрасніков В.Н., Попов В.А., Сагайда І.М., Святний В.А., Сілаєв В.І., Слєпцов А.І., Сноведський В.М., Спори-хін В.Я., Ульшин В.О., Фельдман Л.П. і інші. Водночас, у проведених дослідженнях не-достатньо розроблені методи створення комплексної системи автоматизації керування технологі-чними процесами дискретно-безперервного виробництва, параметри якого змі-нюються випадко-во в часу і просторі.

Як об'єкт досліджень (рис.1) обрано технологічний процес виготовлення сек-ції кріплення, що являє собою складну багатозв’язану систему і включає: опрацю-вання деталей (потокові лінії), виготовлення складальних одиниць (технологічні марш-рути), складання секції кріплення (складальний конвеєр) і термообробку. Вивчення тех-нології виготовлення кріплень показало, що в основному опрацю-вання кожної деталі (виготовлення складальної одиниці) провадиться по само-стійному, незалежному техно-логічному маршруті. Ця властивість матеріальних потоків дозволяє розглядати єдиний технологічний процес виготовлення кріп-лення як сукупність окремих технологічних процесів, тобто сукупність некорре-льованих технологічних маршрутів, що варто врахо-вувати при створенні компле-ксної системи автоматизації управління виготовленням кріплень. Основною метою побудови системи управління є підвищення рівня синхроні-зації робіт у технологічних маршрутах, забезпечення ритмічної роботи головного складального конвеєра і зниження тривалості циклу виготовлення лаво-комплекта кріплення. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються задачі досліджень, наве-дені у вступі.

В другому розділі проаналізована структура дискретно-безперервного техноло-гічного процесу виготовлення кріплень, як об'єкта автоматизації, що складається з керування тех-нологічними маршрутами (дискретний процес) і термообробки (безперервний процес). Встановлено, що в дискретному виробництві типовими елементами техно-логічного процесу є операції: опрацювання заготівок (деталей), контроль якості вигото-влення, транспортування, складання і автоматизація управління. Для математич-ного опису функціонування цих елементів технологі-чного процесу використовується моду-льний принцип і ймовірносно-автоматний метод моделювання, теоретичні основи якого розроблені в інституті кібернетики НАН України. Створено ймовірні математичні мо-делі елементів технологічного процесу виготовлення кріплень, що є основою для роз-ро-бки керуючих алгоритмів і програм у комплексній системі автоматизації управління виготовленням кріп-лень. Як приклад призведемо результати розробки математичної моделі процесу автоматизації керування при виготовленні кріплень (рис.2). Процес управління виробництвом кріплень моделюється системою ймовірносних автоматів, зо-бра-жених на рис.3 у вигляді графа взаємних зв'язків. Автомат W визначає момент чергового опитування стану об'єкту управління. Стан W(t) є проміжок часу, що залишився до мо-менту чергового опитування і для кожного наступного моменту часу t+t визначаються виразом:

W(t+t) = (1-[W(t), t])(W(t)-t)+ [W(t), t]W, | (1)

де [a, b] = |

(2)

а, b - значення вхідних параметрів одиничної функції; W - період збору даних про стан об'єкту управління (частота контролю і регулювання параметрів техно-логічного марш-руту). Початковий стан автомата W(0)=W. Вихідне значення YW(t)=1 видається авто-матом W, коли чергове опитування стану виробництва крі-плень відбудеться протягом наступного такту часу, тобто 0 W(t) t:

YW(t) = [W(t), t](1-[W(t),0]) | (3)

Автомат Q моделює витрати часу на збір, передачу і підготування інформації для опрацювання. Стан автомату Q(t) є проміжок часу, що залишився до моменту закінчення збору і передачі даних. Автомат Q включається в роботу вихідним си-гналом автомату W. Стан автомату в кожний наступний момент часу t+t визначається виразом:

Q(t+t) ={1-[Q(t),t][Q(t)-t]}+YW(t)[Q(t),t]Q, | (4)

де Q - тривалість періоду збору і передачі даних про процес виготовлення кріплення, що може бути як детермінірованною, так і випадковою. Початковий стан авто-мату Q(0)=0. Вихідне значення YQ(t) = 1 видається автоматом, коли закінчення збору даних відбудеться протягом наступного такту часу, тобто 0<Q(t) t:

YQ(t) = [Q(t), t](1 - [Q(t), 0]) | (5)

Автомат E запам'ятовує фактичне значення контрольованого параметра в технологі-чному маршруті виготовлення кріплень, наприклад, фактичний розмір ви-готовлення де-талей, складальних одиниць, секцій кріплення, і зберігає протягом періоду збору даних. Стан автомату E(t+t) визначається для кожного наступного моменту t+t рівнянням:

E(t + t) = [1-YQ(t)]E(t)+YW(t)Yr(t), | (6)

де Yr(t) - фактичне значення контрольованого параметра в момент часу t. Початковий стан автомату E(0)=0. Вихідним значенням автомату E є його стан YE(t)=E(t).

Автомат М моделює процес контролю і аналізу стану виробництва кріплень, що по-лягає в порівнянні фактичного ходу виробництва з заданим. Автомат М починає працю-вати при надходженні вихідного сигналу автомату Q(t)=1. Стан даного автомату в мо-мент часу t+t визначається з виразу:

M(t+t) = YQ(t){[YE(t),Xd(t)](1-V(t))+V(t)(1-[YE(t),Xd(t)])}, | (7)

де Xd(t) - задане значення контрольованого параметра в момент часу t; V(t)- величина, що управляє напрямком проведення аналізу, при V(t)=0 виявляються відхи-лення парамет-рів типу YE(t)Xd(t), а при V(t)=1 відхилення типу YE(t)Xd(t). По-чатковий стан YM(t)=M(t).

Автомат N моделює витрати часу на прийняття рішення по виявленому відхи-ленню ходу виробництва кріплень від заданого значення і видачу керуючого впливу на визна-чений технологічний маршрут. Автомат N включається в роботу вихідним значенням YM(t), тобто при виявленні відхилення автоматом M. Стан автомату N(t) є проміжок часу, що залишився до моменту видачі керуючого впливу, і для кожного моменту часу t+t визна-чаються рівнянням:

N(t+t)=(1-[N(t),t])(N(t)-t)+YM(t)[N(t),t]N, | (8)

де N - проміжок часу, необхідний для прийняття рішення і видачі керуючого впливу. Початковий стан автомата N(0)=0. Вихідне значення автомату YN(t)=1 вида-ється, якщо керуючий вплив буде передано у наступному такті, тобто 0N(t)t:

YN(t) = [N(t),t](1-[N(t),0]) | (9)

Аналогічно розроблено математичні моделі, алгоритми і програми для основних тех-нологічних операцій виготовлення секцій кріплення. Результати моделю-вання наве-дено в роботі. Отримані алгоритми і програми використовуються для розробки і коригу-вання змінних завдань робочим місцям, а також для створення керуючих алгоритмів і програм підсистеми автоматизації управління дискрет-ним технологічним процесом ви-готовлення кріплень.

Таким чином, у роботі уперше використовується для математичного опису тех-нологі-чних процесів виготовлення секції кріплення (дискретне виробництво) мо-дульний принцип: математична модель операції, математична модель складальної одиниці, ма-тематична модель секції кріплення, що адекватно відповідає типовій структурі техноло-гічного процесу будь-якого виробу - виготовлення деталі, виготовлення складальної одиниці, виготовлення виробу (рис.1).

В третьому розділі приведено аналіз результатів експериментальних дослі-джень тех-нологічних процесів із метою визначення технічних вимог до створю-ваної комплексної системи автоматизації управління, виявлення характеру і діапа-зону зміни керуючих па-раметрів і впливів, що обурюють. Розбіжність резуль-татів теоретичних і експеримен-та-льних даних не перевищує 10%.

Показано, що одним з основних параметрів системи автоматизації є такт складального конвеєра:

= , | (10)

де - розрахунковий такт складального конвеєра; ТКФ - календарний фонд часу роботи в зміну; ТПЕР - регламентована перерва для відпочинку; mСМ - кількість робочих змін на добу; tТ.П. - відсоток технологічних утрат; nр- кількість робочих днів за рік; NГод - про-грама випу-ску секцій кріплення за рік, шт.

Для досліджень і автоматизації управління технологічними процесами обгрун-тована тривалість такту (тривалість операції на складанні) головного складаль-ного конвеєра, що залежить від типорозміру секції кріплення. Такт складання се-кції кріплення визначає час протікання різноманітних технологічних операцій у технологічному маршруті, тому тривалість кожної операції повинна бути рівною такту конвеєра або кратною його розміру. Ця відповідність оцінюється рівнем синхронізації процесів у технологічних маршрутах, як основного об'єкту автома-тизації управління дискретними процесами, тому що техно-логічні маршрути не-залежні один від одного (некоррельовані). Рівень синхронізації ви-значає час ци-клу виготовлення лаво-комплекта кріплення комплексу (виконання визна-ченого замовлення), тому рівень синхронізації і тривалість циклу виготовлення лаво-комплекту кріплення в комплексі прийняті в роботі як основні критерії оцінки ефективності впро-вадження комплексної системи автоматизації управління тех-нологічними процесами ви-готовлення механізованих кріплень.

У процесі досліджень встановлено, що рівень синхронізації технологічних опе-рацій на потокових лініях коливається від 0,41 до 1. Аналіз ритмічності техноло-гічних опера-цій і синхронізації по основних технологічних маршрутах показує, що 67% механообро-бчих і 38% заготівельних операцій мають рівень синхронізації менше одиниці. Низький рівень синхронізації мають термічні операції (0,3). Рівні аритмії і синхронізації впли-вають на якість (брак) елементів секції кріплення і завантаження устаткування. Час простоїв устаткування в блоці цехів складає в середньому 30%. Це свідчить про значні не використані внутрішні резерви виробництва кріплень, що варто використовувати при створеної комплексної системи автоматизації керування.

Для визначення параметрів і вихідних даних системи автоматизації керування тех-но-логічними процесами, недоступних для дослідження в натурних умовах, розроблені мо-дель і алгоритм технології виготовлення секції кріплення і іміта-ційна модель роботи технологічного маршруту. За допомогою алгоритму і моделі встановлено, що для забез-печення однакової продуктивності технологічних опе-рацій на потоковій лінії рівень синхронізації останньої операції повинний бути на 10-12% більше першої, а для техно-логічного маршруту розходження рівнів син-хронізації першої й останньої технологічної ділянки досягає 40-50%. Показано, що підвищення рівня синхронізації з 0,55 до 0,67 призводить до зниження циклу виготовлення комплекту кріплення на 3,8 години. Аналізом встановлено, що при зменшенні тривалості операцій у технологічному маршруті виго-товлення цилінд-рів із 0,12 до 0,08 години можливість простоїв устаткування при нульо-вому стра-ховому запасі зменшується з 0,5 до 0,25, тобто в 2 рази, а при наявності страхо-вого запасу в 40 штук із 0,3 до 0,07, тобто в 4 рази. Дослідження на моделі пока-зали, що при зниженні самої тривалої операції за часом, що дорівнює такту скла-дання, можли-вість прос-тоїв скорочується в 2 рази. У процесі досліджень встановлено, що на потоко-вих лініях і ділянках технологічного маршруту при серійному виробництві секцій кріп-лення щіль-ність можливості розподілу обсягу випуску елементів секції підпорядкову-ється норма-льному закону, а можливість простою устаткування - показовому закону. Ці обставини враховуються в математичних моделях (керуючих алгоритмах) при створенні комплексної системи автоматизації керування технологічними процесами.

Таким чином, в результаті досліджень виявлено “вузькі місця” і невикористані внут-рішні резерви виготовлення кріплень, а розроблені математичні моделі й ал-горитми ви-користовуються як керуючі алгоритми в системі управління, результати теоретичних і експериментальних досліджень є вихідними даними для створювання комплексної системи автоматизації керування технологічними процесами виготовлення механізованих кріплень.

У четвертому розділі приведено аналіз результатів автоматизації термообробки ком-понентів секції кріплення. Як показано вище, низький рівень синхронізації мають термічні операції. Це обумовлюється частими простоями термопечей, за-тримкою опрацювання деталей, малою гнучкістю при виборі печі. Важливим чинником є також технологічний брак. Браковані деталі відправляються на повто-рну термообробку, що призводить до значних додаткових витрат часу і енергії. Тому для підвищення рівня синхронізації роботи термічного цеху необхідна автоматизація його роботи на сучасному рівні.

Проведено аналіз і встановлено особливості процесу автоматичного регулю-вання тем-пературного режиму в електричних печах. Встановлено, що функціона-льна схема авто-матизації керування процесами термообробки компонентів секції кріплення має дві від-повідні функціональні підсистеми регулювання (рис.4) - центральну і локальну. Обгру-нтовано принципи, методи, критерії побудови і ви-значено функції кожної підсистеми:

· централізованого оперативного керування цехом термообробки (розподіл по-току деталей по ділянках термообробки (УТ1n) і видача на них уставок на нормативний ре-жим термообробки), а також координація його роботи із суміжними це-хами (урахування поточних заділів деталей на складальних ділянках-споживачах, із котрих також посила-ються запити на ділянки, що поставляють заготівки в цех термообробки);

· локального оперативного керування ділянками термообробки ( режиму роботи нагрівальної печі відповідно до уставок, вантажно-розвантажувальні операції).

При побудові АПСК ТК використовувалися такі критерії:

- своєчасне надходження деталей на наступну операцію: tПС(ND)<tОЗ(ND), де tПС(ND)=(NP)+V+ДС(ND) - момент надходження партії ND-й деталей на черговій операції; tОЗ(ND) - момент, коли заділ ND-х деталей на операції вичерпаний. Якщо варіант, що задовольняє даному обмеженню, не знайдено (у випадку порушення синхронізації роботи цехів), і нема запасу термооброблюваних деталей для сгладжування подібних обурень, то вибирається варіант, що забезпечує мінімальний простій на наступній операції:

ТПР(NP)=tТС(ND)-tПС(ND) min;

- мінімальна витрата електроенергії на термічне опрацювання: [ЕУР(NP,ND)+ЕТО(NP,ND)]min, де ЕУР(NP,ND) - витрачена електроенергія на керування фактичної та заданої для ND-й деталі температур NP-й печі; ЕТО(NP,ND) - витрата електроенергії на термообробку ND-й деталі в NP-й печі.

Гнучкий вибір NP-й печі для партії деталей типу ND в АПСУ ТК здійснюється з підмножини печей , що підходять по спеціалізації для даного виду термообро-бки: NP , з огляду на описані вище критерії.

Дослідження показали, що для умов Дружківського машинобудівного заводу для регулювання температурного режиму печі доцільно використовувати дискре-тний метод - двопозиційний, коли точність регулювання температури складає 5-10oС, що задовольняє умовам термообробки на Дружковському машзаводі.

Обгрунтовано ієрархічний принцип побудови системи (рис.4), розроблена імі-таційна модель та алгоритм функціонування підсистеми автоматизації керування ділянками термообробки, використовуючи котрі і встановлені критерії збільшені гнучкість і ефек-тивність використання термопечей, рівень синхронізації термооперацій і знижена енер-гоємність термообробки.

Впровадження підсистеми автоматичного регулювання процесів термообробки й опе-ративного керування ділянками термообробки дозволяє збільшити продук-тивність цеху на 49%, рівень синхронізації на 54,6%, знизити час чекання деталей для опрацювання на 43% і витрати електроенергії на 8,4% (рис.5).

В п'ятому розділі на основі отриманих теоретичних і експериментальних ре-зультатів дослідження об'єкта керування розроблено технічні вимоги до створю-ваної комплексної системи автоматизації. Відповідно до вимог розроблено прин-ципова схема комплексної системи автоматизації ви-готовлення кріплень (рис.6), що включає два рівня керування. На першому рівні розташовані технічні засоби автоматизації дискретних і безперевних технологічних про-цесів виготовлення кріплень. Для керування дискрет-ними процесами розроблена лока-льна обчис-лювальна мережа (ЛОМ) автоматизації керування технологічними маршру-тами (права частина рис.6). Файл-сервер ЛОМ через міст каналом зв'язку сполучений із файлом-сервером планово-диспетчерського відділу (ПДВ), що за допомогою АРМів ви-дає і коректує завдання цехам із дискретним вироб-ництвом.

Замовлення на виготовлення лаво-комплекту кріплення інженерними слу-жбами заводу (верхній рівень керування) за допомогою АРМів опрацьовується відпо-ві-д-ним чином і передається по каналах зв'язку в ПДВ, що з урахуванням приведених у ро-боті алгоритмів і програм (використовуючи й інші програми) розробляє змінно-добові завдання цехам, виробничим ділянкам, потоковим лініям, техноло-гічним маршрутам. На наступну добу змінно-добові завдання з файл серверу ПДВ по каналах зв'язку за до-помогою мостів і модемів передаються у файл сервер ЛОМ автоматизації керування технологічними маршрутами (права частина ниж-нього рівня керування) і файл сервер САК режимами термічних печей (ліва час-тина нижнього рівня управління). Далі інфо-р-мація про змінно-добові завдання по каналах зв'язку передається в АРМи планово-роз-поділчних бюро (ПРБ) цехів, де розробляються змінні завдання на кожне робоче місце. Ці завдання начальником цеху, старшими майстрами, майстрами доводяться на початку зміни виконавцям.

У роботі на основі статистичних даних зміни параметрів технологічного про-цесу розроблені методика і алгоритм визначення частоти контролю і регулювання параметрів систем автоматизації керування технологічними маршрутами. Вико-ристовуючи розроб-лену методику встановлено, що для потокових ліній і ділянок технологічних маршрутів частота контролю і регулювання технологічних параме-трів складає 3 рази в зміну. З урахуванням рекомендацій майстра, старші майстри контролюють фактичне виконання виданих завдань у 10 ч., 13 ч., 15ч. 30 хв. і пе-редають цю інформацію в АРМ и ПРБ цехів, де при необхідності виробляються керуючі впливи на зміну швидкості протікання тех-нологічного процесу в точ-ках контролю відповідно розробленому в роботі алгоритму. Наприкі-нці зміни за допомогою АРМів у ПРБ цехів проводиться аналіз результатів ро-боти за зміну і вводяться зміни в завдання на наступну зміну. Інформація про резуль-тати вико-нання завдань за зміну кожним цехом передається по каналх зв'язку у файл сервер ПДВ, де провадиться аналіз ходу виконання завдань по технологічним маршрутам виго-товлення елементів секцій кріплення і по головному складальному конвеєру. При необхідності змінюються змінно-добові завдання на наступну добу і ця інфо-рмація передається в ПРБ цехів. Далі цикл керування технологічними процесами виготовлення кріплення повторюється.

Використання результатів дослідження дозволяє при впровадженні підсистеми авто-матизації управління технологічними маршрутами знизити динамічність процесу на 25,7%, підвищити можливість виконання завдань на 25,3%, збільшити рі-вень синхронізації операцій у технологічних маршрутах на 27%, знизити цикл ви-готовлення лаво-компле-кту кріплення комплексу на 19% і простої устаткування на 16,4%.

Управління безуперервними технологічними процесами (наприклад, термічна піч) здійс-нюється системою автоматичного керування (САК) режимами терміч-ної печі (ліва час-тина рис.6). САК будується на базі ПЕОМ і апаратних засобів управління режимами термопечі. Керуюча інформація в САК з ПДВ переда-ється по каналх зв'язку за допо-могою файла-серверу ПДВ через міст на файл-сер-вер управління термічної печі. Верх-ній рівень керування (організаційне керування) включає технічні засоби, що склада-ються з АРМів на базі ПЕОМ, встанов-лених у відділах і службах заводу. Запро-понована схема комплексної системи ав-томатизації виготовлення кріплень реалізується в корпо-ративній системі автома-тизації виробництва на Дружківському заводі вугільного маши-нобудування.

Результати дисертаційної роботи прийняті до практичного використання ВАТ “Друж-ківський машинобудівний завод” (м. Дружківка Донецької області), виробничим об'єд-нанням “Укрвуглемаш”, науково-дослідним інститутом “Автоматгір-маш” (м. Донецьк), кафедрою “Автоматизовані системи управління” Донецького національного технічного університету в навчальному процесі і науково-дослід-ній роботі.

У висновку сформульовані наукові результати, практична значимість і область вико-ристання виконаної дисертаційної роботи.

У додатках надевено документи про використання результатів дисертаційної роботи, лістінги програм, результати моделювання і таблиці вихідних матеріалів для моделювання.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі для інтенсифікації і підвищення ефективності виробни-цтва кріплень з використанням модульного принципу, теорії випадкових процесів і імітаційного моделю-вання дане нове рішення актуальної задачі створення компле-ксної системи авто-матизації управління технологічних процесів виготовлення механізованих кріплень на основі вивчення багаторівневої системи дискретного і безперервного виробництва, па-раметри якої змінюються за часом і в просторі. З роботи можна зробити такі осно-вні висновки:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Список опублікованих робіт за темою дисертації:

1. Джерби М.Ш. Имитационный алгоритм работы поточной линии // На-учные труды Донецкого государственного технического университета. Серия вычислительная тех-ника и автоматика. Вып. 3. Донецк. - 1999. - С. 273-278.

2. Джерби М.Ш. Математическое описание процесса сборки изделий // На-уч-ные труды Донецкого государственного технического университета. Серия вычислительная техника и автоматика. Вып. 3. Донецк. - 1999. - С. 260-266.

3. Джерби М.Ш. Технологический процесс изготовления секций крепи как объект ав-томатизации // Научные труды Донецкого государственного технического универси-тета.Серия вычислительная техника и автома-тика. Вып. 3. Донецк. - 1999. - С. 267-272.

4. Спорыхин В.Я., Джерби М.Ш. Комплексная система автоматизация тех-нологиче-ских процессов изготовления крепей // СИЭТ6–99. Сучаснi iнфомацiйнi та енергоз-берiгаючi технологiї життєзабезпечення людини. Збiрник наукових праць. Вип. № 6. Київ. - 1999. - С. 393-396.

5. Спорыхин В.Я., Джерби М.Ш. Принципы и структура комплексной системы авто-ма-тизации управления технологическими процессами изготовления крепей // Науч-ные труды Донецкого государственного технического университета. Серия вычисли-тельная техника и автоматика. Вып. 12. Донецк. - 1999. - С. 129-135.

6. Джерби М.Ш. Автоматизация технологических процес-сов термической обработки компонентов секции крепи // Зб. наук. праць Донецкого держав-ного технічного універ-ситету. Вип. 21. Донецьк. - 2000. - С. 171-174.

7. Джерби М.Ш. Методика и алгоритм определения частоты контроля и регулирова-ния параметров при автоматизации управления технологическими маршру-тами. // Збір-ник наукових праць Донецкого державного технічного університету. Вип. 20. Донецьк. - 2000. - С. 39-46.

8. Д. М. Шамседдин. Обобщение результатов разработки комплексной системы авто-матизации технологических процессов изготовления механизированных крепей // ВІС-НИК. Східноукраїнського національного університету. Науковий жур-нал. № 9 (31) час-тина друга. Луганськ- 2000. - С.161-163.

9. Спорыхин В.Я., Джерби М.Ш., Брынза А.Ф. Анализ технологических про-цессов из-готовления механизированных крепей. // СТРЭС-97. Труды 1-ой между-народ-ной конферен-ции “Современные технологии ресурсо-энергосбережения”. (Вып. №2 в четырех кни-гах). Партенид. 12-16 октября 1997г. Киев. -1997.-С.55-57.

10. Спорыхин В.Я., Джерби М.Ш. Компьютерная система управления качест-вом соз-даваемых машин. // СКИТ. Труды 1-ой научно – практической конферен-ции “Со-временная контрольно-испытательная техника промышленных изделий и их сер-тификация”. Том1. г. Мукачево. 12-16 мая 1997г. Киев. - 1997. - С. 84-86.

Особистий внесок дисертанта в публікаціях: [4] - аналіз управління підприємством ма-шинобудівного типу, визначення кількості рівнів управління; [5] - аналіз рівня синхро-нізації робіт на технологічних маршрутах, вимоги до створення комплексної системи автоматизації; [9] - математичні моделі формування якості ма-шин при створенні й екс-плуатації на базі системного аналізу і синтезу з викорис-тан-ням ЕОМ; [10] - опрацю-вання статистичного матеріалу для потокових ліній механообро-бчих цехів, дослідження на ЕОМ частотної структури результатів ви-пуску кріплень.

АНОТАЦІЯ

Джербі Мохамед Шамседдін Б. Алі. Комплексна система автоматизації техно-логіч-них процесів виготовлення механізованих кріплень. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціа-льністю 05.13.07 - “Автоматизація технологічних процесів ”. - Донецький націо-нальний технічний універси-тет, Донецьк, 2001.

У дисертаційній роботі для інтенсифікації і підвищення ефективності виробни-цтва кріплень з використанням теорії випадкових процесів і імітаційного моделювання дане нове рішення актуальної задачі створення компле-ксної системи автоматизації технологічних процесів виготовлення механізованих кріплень на основі вивчення багаторівневої системи дискретного і безперервного виробництва, параметри якої змінюються за часом і в просторі.

Значення роботи полягає в розробці: алгоритмів і програм аналізу па-раметрів технології виготовлення елементів секції кріплення, за допомогою яких визна-чені внут-рішні резерви виробництва; алгоритму технології виготовлення механізова-ного кріп-лення і імітаційної моделі технологічного маршруту, що дозволяють ви-значити па-раме-три технологічного процесу, недоступні для дослідження в натур-них умовах; вимог і наукового обгрунтування структури комплексної системи ав-томатизації технологічних процесів виготовлення кріплень як дискретнобезупинного виробництва, в якій розроблені математичні моделі, алгоритми використовуються як керуючі алгоритми; методики й алгоритму визначення час-тоти контролю і регулювання параметрів автома-тизації керування технологічними процесами виготовлення механізованих кріплень.

Ключові слова: кріплення, технологічний процес, динаміка випуску, комплексна сис-тема автоматизації, математичні моделі, автоматичне регулювання, імітаційна модель.

АННОТАЦИЯ

Джерби Мохамед Шамседдин Б. Али. Комплексная система автоматизации техноло-гических процессов изготовления механизированных крепей. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по спе-циаль-ности 05. 13. 07 – “ Автоматизация технологических процессов ”. - Донец-кий национальный технический университет, Донецк, 2001.

В диссертационной работе для интенси-фикации и повышения эф-фективности производства крепей с ис-поль-зованием модульного принципа, теории случайных про-цес-сов и имитационного моделирования дано новое решение актуальной на-учной задачи соз-дания ком-плексной системы автоматизации управления техноло-гическими процессами из-го-товле-ния механизированных крепей на основе иссле-дования многоуровневой дискретно-не-пре-рывной системы, параметры которой из-ме-няются во времени и пространстве. Установлено, что в математических мо-делях сложного многосвязного дискретно-не-прерывного процесса изготовления крепей необходимо учиты-вать случайный харак-тер протекания технологического процесса, связь ме-жду техно-логическими операциями во времени и пространстве. Технологи-ческие маршруты из-готовления компонентов сек-ции крепи некоррели-рованы между собой, что оп-ределяет методы разработки математи-ческих моде-лей и структуру построения комплексной системы автоматизации управле-ния техно-логическими процессами. Проведены теоретические и экспериментальные иссле-дования и предложена ими-тацион-ная модель функционирования технологиче-ского маршрута, ко-торая по-зволяет определить характер изменения возмущаю-щих воздействий и параметров технологического процесса, недос-тупных для ис-следования в натурных условиях. Для оценки эффективности производ-ства кре-пей и ин-тенсификации технологиче-ских процессов обоснованы основные кри-те-рии: уровень синхронизации техноло-гических процессов и время цикла изготов-ления лаво-комплекта крепи. На основе разработанных требований и принципов предложена струк-тура двухуров-невой комплексной системы автоматизации управления тех-нологическими процес-сами изготовления крепей. Нижний уровень системы управления имеет подсистему ав-томатизации управления технологиче-скими маршрутами – дискретное производ-ство и подсистему автоматического регулирования термообработки – непрерыв-ное производ-ство. Значение работы заключается в разработке:

· алгоритмов и программ анализа парамет-ров технологии изготовления элементов секции крепи, с помощью которых опре-делены внутренние резервы производ-ства;

· алгоритма технологии изго-товления ме-ханизирован-ной крепи и имитационной модели технологического маршрута, по-зволяю-щих опреде-лить параметры техно-логического процесса, недос-тупные для исследования в натурных условиях;

· требований и научном обосновании структуры комплексной сис-темы автома-тиза-ции технологических процессов изготовления крепей как дискретно-непре-рывного производства с использованием теории случайных процессов для интен-сификации и по-вышения эффективности производства, в которой разработанные матема-тические мо-дели и алгоритмы используются как управ-ляющие алгоритмы;

· методики и алгоритма оп-ределения частоты контроля и регулирования парамет-ров автоматизации управления технологическими процессами изготовления механизированных крепей.

Ключевые слова: крепь, технологический процесс, динамика выпуска, комплексная система автоматизации, математические модели, автоматическое регу-лирование, имита-ционная модель.

ABSTRACT

Djerbi Mohamed Shemceddine B. Ali. Integrated system automation of technological procin manufacturing powered support. - The Manuscript.

Thesis for a candidate of PhD degree by specialty 05. 13. 07 “Automation of technoprocesses” - Donetsk national technical university, Donetsk, 2001.

The thesis is devoted to the new solution of an actual scientific task, creating an inte-grated system automation of technological processes in manufacturing powered support given on the basis of studying multilevel system of discrete and continuous manufacwhich parame-ters change in time and space using casual and imitating modeling for an intensification and increase of production efficiency powered support.

The importance of work consists in development: algorithms, programs, analysis of parameters in technological processes for manufacturing powered support, permissive to define the internal production reserve; algorithm of technological procin manufacturing powered support and imitating model of a technological route allowing to determine inaccessible parameters to research in natural conditions of tech-nological process; the requirements and scientific