МІнІстерство освІти І науки України

СЕВАСТОПОЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Чуб Оксана Петрівна

УДК 65.011.56:658.524

ОПТИМІЗАЦІЯ ПАРАМЕТРІВ ФУНКЦІОНУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНИХ ВИРОБНИЧИХ СИСТЕМ МЕХАНОСкладального ВИРОБНИЦТВА, якІ переналагоджуються

05.13. 07 - Автоматизація технологічних процесів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Севастополь – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Севастопольському національному технічному університеті МОН України

Науковий керівник доктор технічних наук, Тараненко Віктор Анатолійович, Севастопольський національний технічний університет, професор кафедри автоматизації технологічних процесів і виробництв.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Скатков Олександр Володимирович, Севастопольський національний технічний університет, завідувач кафедри кібернетики і обчислювальної техніки;

- кандидат технічних наук Плюснін Валерій Олексійович, генеральний директор ВАТ “Оргтехавтоматизація”, м. Сімферополь.

Провідна установа - Національна гірнича академія України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 12.02.2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д50.052.02 в Севастопольському національному технічному університеті за адресою: 99053, м. Севастополь, Стрілецька бухта, студмістечко.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Севастопольського національного технічного університету

Автореферат розісланий 10.01.2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к.т.н. Крамарь В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми

Автоматизовані виробничі системи, які переналагоджуються (АВСП), найбільш успішно вирішують задачі автоматизації серійного і дрібносерійного виробництва. Однак їх застосування у механоскладальному виробництві пов'язане з великими непродуктивними втратами часу. Тому основним резервом покращення їх техніко-економічних характеристик є не підвищення режимів обробки або складання, а скорочення простоїв по організаційним і технічним причинам, більш раціональне використання і розпреділення ресурсів.

Питанням розробки методів проектування і вдосконалення автоматизованих виробничих систем присвячені роботи А.А. Азбеля, С.А. Майорова, Ю.М. Соломенцева, Л.Ю. Ліщинського, П.І. Чинаєва, Н.М. Султан-Заде, І.А. Клусова, Б.І. Черпакова, Л.А. Дащенко, Г.А. Шаумяна, О.М. Каліна, А.А. Кутіна, Л.І. Волчкевіча, В.Я. Коппа, Ю.Е. Обжеріна, У.В. Хегінботама, Л.С. Ямпольського, Дж. Хартлі і ін. Подальший розвиток теорії автоматизованих виробничих систем базується на теорії надійності, марківських і напівмарківських процесів і відображено у працях В.С. Королюка, А.Ф. Турбіна, Н.А. Северцева, А.С. Гніденка, І.А. Ушакова, В. Дж. Гордона, Л. Клейнрока та ін. Однак, у більшості робіт по автоматизованим системам використовується припущення про найпростіший характер потоків подій, що спрощує математичний опис даних складних технічних систем, з одного боку, але призводить до значного зменшення точності моделей з іншого. Також існуючі методи проектування і оптимізації не враховують у повній мірі умов роботи АВСП, головною особливістю яких є не лише наявність відмов і відновлювань системи, але і необхідність проведення частих переналагоджувань.

У цьому зв'язку актуальною задачею є оптимізація параметрів функціонування АВСП механоскладального виробництва з використанням математичного апарату, який би враховував особливості роботи даних систем.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Результати роботи одержані в рамках виконання комплексної програми "Науково-технічний прогрес і його соціально-економічні наслідки на 1999-2010 рр. по Україні" АН України, а також були використані при виконанні держ. бюджетних НДР “Міра” № держ. реєстрації 0197U0089863 і “Міра 1” № держ. реєстрації 0101U001237.

Мета і задачі дослідження

Метою роботи являється підвищення ефективності функціонування АВСП на базі побудови математичних моделей, враховуючих їх відмови, відновлювання і переналагоджування, з подальшою параметричною оптимізацією даних систем.

Для досягнення поставленої мети потрібно було вирішити наступні задачі:

1. Здійснити функціональний аналіз АВСП механоскладального виробництва з урахуванням відмов, відновлювань і переналагоджувань.

2. Розробити напівмарківскі математичні моделі функціонування АВСП механоскладального виробництва з урахуванням відмов, відновлювань і переналагоджувань для довільних законів розпреділення випадкових величин у загальному вигляді.

3. Побудувати математичні моделі АВСП механоскладального виробництва з урахуванням відмов, відновлювань і переналагоджувань для випадків використання ряду законів розпреділення випадкових величин.

4. Визначити максимальну продуктивність АВСП механоскладального виробництва на основі оптимального розпреділення ресурсів при обмеженні на загальну суму коштів, а також мінімізувати сумарні укладені кошти, що забезпечують заданий рівень продуктивності системи.

5. Здійснити перевірку адекватності одержаних математичних моделей на основі результатів експериментальних досліджень та імітаційного моделювання.

6. Розробити пакет прикладних програм для моделювання і оптимізації параметрів функціонування АВСП механоскладального виробництва, впровадити основні результати роботи.

Методи дослідження

Теоретичні і експериментальні дослідження роботи автоматизованих переналагоджуваних систем проводились з використанням положень математичного аналізу, математичного програмування, теорії вірогідності і математичної статистики, теорії напівмарківських процесів із загальним фазовим простором.

Наукова новизна одержаних результатів

Були одержані наступні результати:

1. На основі проведеного функціонального аналізу АВСП механоскладального виробництва одержала подальший розвиток формалізація постановки задачі математичного опису даних систем з урахуванням надійності і переналагоджувань, обгрунтовуюча побудову математичних моделей, які використовують декомпозицію та композицію систем на основі операцій р-розрідження і суперпозиції непростіших потоків випадкових подій.

2. Вперше отримано загальний математичний опис для моделювання процесу функціонування АВСП механоскладального виробництва, дозволяючий врахувати не лише надійність функціонування систем, але і їх переналагоджування на інший вид продукції при довільних законах розподілення часу наробки на відмову, часу обслуговування, часу відновлення і часу переналгоджувань.

3. Удосконалено конкретний математичний опис АВСП механоскладального виробництва, враховуючий надійність і переналагоджування в системі, на основі використання ряду відомих законів розпреділення випадкових величин.

4. Одержало подальший розвиток рішення задачі оптимального розпреділення обмежених ресурсів, що забезпечують максимальну продуктивність АВСП механоскладального виробництва.

5. Одержало подальший розвиток рішення задачі визначення оптимальних об'ємів укладення коштів у виробництво по різним напрямкам, мінімізуюче їх суму, при заданому рівні продуктивності для умов роботи АВСП механоскладального виробництва.

Практична цінність одержаних результатів

Область застосування пропонованих розробок - етапи аналізу і синтезу при технологічній підготовці виробництва і проектуванні нових АВСП, а також при вдосконаленні існуючих. Практична цінність одержаних результатів у тому, що побудовані математичні моделі, на основі яких здійснюється оптимальне розподілення ресурсів переналагоджуваного автоматизованого виробництва з метою підвищення ефективності його роботи. Це здійснюється, з одного боку, за рахунок досягнення максимальної продуктивності при обмеженні на ресурси, що вкладаються, а з іншого боку, - шляхом мінімізації коштів, що вкладаються для забезпечення заданої продуктивності, тобто оптимального використання існуючих потужностей.

Упровадження результатів дисертаційної роботи здійснено на підприємствах України, а також в учбовому процесі при читанні курсів “Ідентифікація і моделювання технологічних об’єктів і процесів” для спеціальностей 7.092501, 7.092502, а також “Математичне моделювання” для спеціальності 7.090901.

Особистий внесок здобувача

Дисертаційна робота виконана автором самостійно, на основі особистих ідей і розробок. У випадках використання у дисертації теоретичних і експериментальних даних інших авторів вказувались посилання на літературні джерела.

Апробація результатів дисертації

Основні положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на наступних науково-технічних конференціях: “Автомобільний транспорт: прогрес, технології, кадри”, м. Севастополь, 1999 р.; “Нові технології в машиноприладобудуванні і на транспорті”, м. Севастополь, 2001 р.; крім цього, - на наукових семінарах кафедр приладобудування і автоматизації технологічних процесів і виробництв Севастопольського національного технічного університету.

Публікації

За результатами виконаних досліджень опубліковано 7 робіт у збірниках наукових праць вузів, 2 публікації у збірниках науково-технічних конференцій.

Структура і обсяг дисертації

Робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списка використаних джерел і 9 додатків. Текст роботи виконаний на 149 сторінках, містить 65 малюнків, 34 таблицi. Загальний обсяг роботи - 275 сторінок. У додатках вміщено 5 актiв упровадження результатів роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми, наводяться мета і задачі дослідження, положення, що захищаються автором, а також результати практичного застосування дисертаційної роботи та її апробації.

У першому розділі розглянуті особливості функціонування АВСП, котрі повинні бути враховані при математичному описі даного класу систем; проведений аналітичний огляд методів математичного моделювання АВСП, на основі чого сформульовані мета і задачі дослідження. Наведені висновки по розділу, у яких, зокрема, відмічається, що так як заходи, направлені на скорочення простоїв системи, вимагають зумовленого вкладення коштів, то доцільно мати можливість на основі математичного опису, враховуючого особливості умов роботи АВСП, зазделегідь оцінити ефективність їх використання. З іншого боку, виявити резерви системи, які б дозволили практично без додаткового вкладення коштів підвищити продуктивність, а, отже, і ефективність. Розроблений в дійсний час математичний апарат теорії масового обслуговування, марківських і напівмарківських процесів досить ефективно описує поведінку автоматизованих виробничих систем, але, по-перше, у більшості існуючих моделей не враховується процес переналагоджувань в системі, тому їх не можна вважати досить адекватними для опису роботи АВСП серійного і дрібносерійного виробництва. По-друге, більшість розроблених моделей використовують експоненціальний закон розподілення параметрів функціонування пристроїв, що значно звужує можливості використання цих моделей. По-третє, у ряді моделей використовуються ітераційні процедури, які обмежують можливості наступного аналізу і вдосконалення систем. Таким чином, питання створення адекватних моделей АВСП серійного та дрібносерійного виробництва у дійсний час не можна вважати вирішеними у повному обсязі, як і в цілому задачу вдосконалення АВСП.

Другий розділ присвячений розробці напівмарківських моделей АВСП як основи для наступної побудови оптимізаційних моделей. Для формалізації математичного опису АВСП з використанням теорії напівмарківських процесів проводиться функціональний аналіз АВСП механоскладального виробництва з урахуванням відмов, відновлювань і переналагоджувань. В основу побудови математичних моделей покладені принципи декомпозиції і композиції системи, що відповідають операціям р-розрідження і суперпозиції непростіших потоків подій. В результаті проведеного порівняння різних видів суперпозиції випадкових процесів, виявлений важливий факт: функції розподілу часу наробки на відмову, одержані при суперпозиції процесів відновлювання (ПВ), при суперпозиції альтерніруючих процесів відновлювання (АПВ), при суперпозиції АПВ з блокіровками співпадають. Це дало можливість одержати математичний опис для операції суперпозиції n ПВ, включаючий функцію розподілу часу між подіями, числові характеристики, такі як математичне чекання і дисперсія.

При суперпозиції n ПВ, заданих функціями розподілу випадкових величин (ВВ) часу відновлювань i-х підсистем, функція розподілу сумарного потоку , математичне очікування і дисперсія мають вигляд

, (1)

, (2)

, (3)

де , , - математичні очікування ВВ , - дисперсії ВВ .

З метою виведення залежностей числових характеристик випадкових процесів (математичного чекання і дисперсії) використовувалась операція р-розрідження рекуррентних потоків подій. Одержано, що функції розподілення ВВ часу обслуговування продукції у розрідженому потоці випадкових подій відповідають наступні вирази для математичного очікування і дисперсії ВВ :

, (4)

, (5)

де - математичне очікування ВВ початкового потоку, p - вірогідність надходження продукції, - обозначення операції n-кратної згортки, q=1-p - вірогідність, з якою виріб не поступає на обслуговування, - дисперсія випадкової величини .

Аналітичні вирази, що описують операції суперпозиції і р-розрідження, були виведені як у загальному вигляді для довільних законів розподілу випадкових величин (у даданому розділі), так і для часткових випадків аппроксимації рядом відомих законів (у розділі 3). Усі перераховані результати використовувались при побудові математичних моделей АВСП.

Для адекватного опису функціонування АВСП серійного і дрібносерійного виробництва запропонований підхід, який дозволяє враховувати обслуговування різних партій продукції з урахуванням відмов, відновлювань і переналагоджувань, наявність яких суттєво знижує продуктивність, а, отже, і ефективність роботи АВСП. Умовно процес функціонування системи можна уявити у вигляді трьох основних етапів: обслуговування продукції, виникнення відмов і відновлювань виробничої системи, здійснення переналагоджувань.

У загальному випадку, надійність АВСП може залежати від виду продукції, що обслуговується, а параметри потоку переналагоджувань - як від виду продукції, з якого, так і від виду того, на котрий здійснюється переналагоджування. Тоді процес функціонування АВСП більш детально може бути представлений у вигляді схеми на мал. 1, де етап - блоки 1, 2, …, , що вiдповiдають процесу обслуговування різних партій продукції. Кожен з них пов'язаний з блоком з етапу , враховуючим відмови і відновлювання у випадку обслуговування i-го виду продукції. Етап - група блоків з номерами ij (, ), які описують потоки переналагоджувань з i-го на j-й вид продукції у АВСП.

Згідно з викладеним представленням процесу функціонування АВСП, здійснюється математичне моделювання АВСП. При побудові математичної моделі зручно використати наступний відомий прийом: виконується декомпозиція системи з урахуванням взаємного впливу элементів, складаючі (підсистеми) аналізуються, і після проведення аналізу окремі частини об’єднуються у єдине ціле, визначаються характеристики всієї системи. На етапі моделювання ? (див. мал. 1) здійснюється перетворення ненадійного улаштування у абсолютно надійне для всих підсистем, на кожній із яких здійснюється виготовлення i-й партії, що приходить з вірогідністю . Далі (етап ?Й) ?дійснюється урахування взаємовпливу виготовлення m партій продукції АВСП проведенням операції р-розріження потоків подій з вірогідністю . Взаємовплив полягає в тому, що виготовлення конкретної i-й партії здійснюється тим рідше, чим більше кількість партій m і більше розмір i-й партії . Операція суперпозиції m потоків подій дозволяє одержати характеристики роботи всієї АВСП з урахуванням відмов і відновлювань: функцію розпреділення, математичне очікування і дисперсію ВВ часу обслуговування АВСП партії продукції. На етапі моделювання ?ЙЙ ?ри визначенні функції розпреділення, математичного очікування і дисперсії часу переналагоджувань описана вище послідовність операцій р-розріження і суперпозиції потоків подій здійснюється двічі: при визначенні характеристик сумарного потоку переналагоджувань по кожному виду продукції, а також сумарного потоку переналагоджувань по усім видам продукції. Перший раз вірогідність проріжування потоку подій рівна 1/(m-1), так як враховується взаємовплив (m-1)-го потоку подій (при переналагоджуванні з i-го j-й вид продукції випадок i=j не розглядається), другий раз вірогідність рівна 1/ m. Такiй пiдхiд до моделювання робить можливим уявити процес функціонування системи, яка переналагоджується, як АПВ (див. мал. 2) з одержаними в результаті проведення моделювання функціями розподілу випадкових величин часу обслуговування з урахуванням надійності і часу переналагоджувань, відповідно і . Таким чином, складний математичний опис функціонування АВСП у цілому зводиться до опису АПВ у вигляді двох функцій розподілу ВВ, і, якщо необхідно, числових характеристик для даних ВВ.

Мал. 1. Структура процесу функціонування АВСП з урахуванням відмов, відновлювань і переналагоджувань

Одержані математичні моделі этапiв дозволяють розраховувати характеристики функціонування АВСП серійного і дрібносерійного механоскладального виробництва. Відмова від марківості протікаючих в автоматизованій системі, яка переналагоджується, процесів - одна із основних відмінностей даних моделей від більшості існуючих. В результаті, по-перше, визначаються характеристики роботи всієї АВСП у вигляді функцій розподілу випадкових величин обслуговування з урахуванням надійності і переналагоджувань. По-друге, для конкретних аппроксимуючих експериментальні початкові дані законів розподілу, отримані числові характеристики (математичне чекання і дисперсія) роботи всієї системи. Останнє у випадку, коли не потрібне визначення функцій розподілу, значно спрощує рішення задач

Мал. 2. Тимчасова діаграма альтерніруючого процесу відновлювання

аналізу і синтезу автоматизованих систем, які переналагоджуються, і розробку програмного забезпечення для автоматизації процесу їх математичного моделювання. Викладений підхід дозволяє будувати моделі більш складних багатокомпонентних ієрархічно організованих систем будь-якого рівня узагальнення в структурі комплексної автоматизованої виробничої системи підприємства, яка переналагоджується. Або ж, попередньо побудувавши модель виробничого осередку, переходити до побудови моделі АВСП, виготовляючої m видів виробів.

У третьому розділі з метою спрощення подальшого використання на практиці розроблених математичних моделей АВСП при визначенні характеристик їх роботи були виведені аналітичні вирази для числових характеристик випадкових величин, а також для функцій розподілу при аппроксимації реальних законів розподілення рядом відомих: експоненціальним, експоненціальним із зміщенням, узагальненим Ерланга другого порядку, узагальненим Ерланга другого порядку із зміщенням. Дані закони розпреділення ВВ дозволяють аппроксимувати широкий клас реальних процесів.

При побудові моделей функціонування АВСП (у розділі 2) використовувалась операція еквівалентної заміни елемента з реальною надійністю на абсолютно надійний. При цьому у вираження дисперсії часу обслуговування продукції на абсолютно надійному елементі входить згортка другого порядку функції відновлювання. Залежності для ії опису були виведені із застосуванням апарату операційного вичислення для вказаного вище ряду відомих законів розпреділення.

У четвертому розділі здійснюється формалізація постановки задачі оптимізації параметрів функціонування АВСП механоскладального виробництва, в результаті чого формулюються критерії оптимізації, обмеження, вирішуються дві задачі.

При удосконаленні АВСП необхідно знайти найкращий за вибраним критерієм варіант технічного обслуговування даних систем. Так, наявні резерви можуть направлятись на усунення простоїв із-за відмов (на ремонт обладнання), або із-за здійснення переналагоджувань. При цьому відповідні довгості простоїв можливо зменшити, що потягне за собою вкладення коштів на оплату робіт по усуненню відмов, або переналагоджувань.

Узагальнений критерій оптимізації АВСП має вигляд:

, (6)

де - поточні затрати на підвищення надійності і гнучкості системи; У - узагальнені збитки, що включають збитки від відмов і переналагоджувань АВСП, споживачів і суміжних ланок.

Як правило, на практиці вирішуються і інші задачі, витікаючі із (1): одна складова у (6) приймається за критерій оптимізації, а друга використовується як обмеження. Тобто, вирішуються задачі умовної оптимізації.

Для виводу виражень цільових функцій і обмежень використовувались результати, отримані в розділах 2, 3.

Перша задача формулюється наступним чином.

Необхідно знайти максимальне значення продуктивності АВСП при виготовленні m видів виробів

, (7)

де - математичне очікування часу наробки на відмову АВСП; - математичне очікування часу обслуговування партії ni продукції реальної АВСП; - вірогідність надходження i-го виду продукції на АВСП; Рi =1/m - вірогідність прорідження потоку подій надходження продукції на АВСП; , - кількості вкладених коштів на заходи щодо зменшення простоїв системи відповідно із-за переналагоджувань і відмов; , , і , , - відповідно параметри аппроксимації реальної залежності простоїв із-за переналагоджувань і відновлювань при виготовленні і-го виду продукції від вкладаємих коштів, визначаємі методом найменших квадратів; i, f, р - допоміжні індекси.

Обмеження накладаються на суму коштів С, які можна направити на скорочення часу переналагоджування або відновлювання АВСП

. (8)

Перейти від умовної оптимізації до безумовної дозволяє наступний прийом. із (8) слідує, що

. (9)

Підставляючи (9) в (7), отримуємо

. (10)

Друга задача є зворотною до попередньої. При виготовленні m видів продукції є деякі резерви підвищення продуктивності за рахунок скорочення простоїв системи із-за відмов і переналагоджувань. Можливе вкладення коштів на скорочення даних збитків. Причому, необхідно забезпечити заданий рівень продуктивності системи і визначити, яка мінімальна сумарна кількість коштів при цьому використовується.

Необхідно мінімізувати суму коштів, що вкладаються

. (11)

Обмеженням виступає задане значення продуктивності АВСП

. (12)

Перехід від умовної оптимізації до безумовної здійснюється шляхом виділення з (11) і підстановки отриманого вираження в (12). Тоді критерій оптимізації приймає вигляд

. (13)

Єкстремуми функцій (10) і (13) визначались градієнтним методом, перевага використання якого у даному випадку полягає у можливості визначення складаючих вектора градієнта у явній аналітичній формі, за рахунок чого значно збільшується точність обчислень.

У якості прикладу розглядалась оптимізація параметрів функціонування гнучкого виробничого модуля (ГВМ) різьбообробки. Розроблений підхід дозволяє у якості напрямів використання ресурсів розглядати не тільки можливість вибору різних варіантів обслуговування системи працівниками (перерозподіляти кошти на здійснення ремонтних або налагоджувальних робіт), а також враховувати вкладення капітальних затрат на розширення діапазону технічних можливостей обладнання, тобто його модернізацію з метою підвищення продуктивності, ремонтопридатності, надійності, переналагоджуваності або ж використання тимчасового і апаратного резервування.

У п'ятому розділі здійснені експериментальні дослідження і імітаційне моделювання АВСП, що підтвердили адекватність побудованих математичних моделей. Використовувались дані пасивного експерименту на реальному виробничому обладнанні з наступною статистичною обробкою результатів. У якості об’єкта був вибраний ГВМ різьбообробки.

Розглянуті питання реалізації результатів досліджень, для чого розроблена діалогова програмна система (ДПС). Для огранізації меню виклику восьми різних режимів роботи ДПС, використовується реалізований у програмному середовищі DOS модуль діалога.

У висновках приводяться основні наукові результати дисертаційної роботи.

У додатках представлені експериментальні дані, проміжні перетворення при виведенні аналітичних виразів, тексти програм аналітичного і імітаційного моделювання, головного модуля ДПС, акти про впровадження результатів дисертаційної роботи

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ І РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

В дисертаційної роботі дано нове рішення актуальної наукової задачі, яка полягає у підвищенні ефективності функцїонування АВСП механоскладального виробництва на базі побудови математичних моделей, враховуючих їх відмови, вїдновлювання і переналагоджування, з наступною параметричною оптимізацією даних систем по економічному критерію.

Основнї наукові висновки і результати полягають у наступному:

1. Розроблені напівмарківські математичні моделі, описуючі функціонування АВСП, основною особливістю яких є, по-перше, врахування не тільки надійності системи, але і часу її переналагоджування, а, по-друге, то, що випадкові величини (час наробки на відмову, час відновлювання, час обслуговування, час переналагоджування), що входять в модель, можуть бути розпреділені за довільним законом. Виявлено, що функціонування АВСП можна представити як АПВ абсолютно надійної системи (часи відмови і відновлювання враховані у часі обслуговування), еквівалентно замініючою реальну, що описується функціями розпреділення часів обслуговування продукції з урахуванням надійності і часу переналагоджувань. Даний факт дозволяє значно упростити аналітичний опис АВСП з урахуванням відмов, відновлювань і переналагоджувань, а також будувати моделі більш складних багатокомпонентних ієрархічно організованих систем будь-якого рівня узагальнення в структурі комплексної автоматизованої виробничої системи підприємства, яка переналагоджується.

2. Для математичного опису АВСП визначені не лише аналітичні залежності у загальному вигляді для довільних законів розпреділення ВВ, але також одержані залежності для деяких відомих, що використовуються для аппроксимації реально існуючих законів розпреділення. Останнє значно спрощує рішення реальних задач аналізу і синтезу автоматизованих систем, які переналагоджуються, а також розробку програмного забезпечення для їх математичного моделювання в конкретних умовах.

3. Вирішені наступні задачі оптимізації параметрів АВСП: визначення максимальної продуктивності автоматизованих виробничих систем, які переналагоджуються, на основі оптимального розпреділення обмеженої кількості коштів, що вкладаються; мінімізація сумарних коштів, що вкладаються, що забезпечують заданий рівень продуктивності в умовах автоматизованого виробництва, яке переналагоджується. Визначено, що для умов, розглянутих у наведених в дисертації прикладах, можливо досягнути максимального приросту продуктивності за рахунок оптимального перерозподіленя коштів на 7,2 - 8,9%, а заданий рівень продуктивності можливо забезпечити, знизивши суму коштів на 51 - 94%.

4. Розроблені моделі придатні для різних автоматизованих систем механоскладального виробництва, які переналагоджуються, в тому числі і маючих складну ієрархічну структуру. її використання ілюструється на прикладі ГВМ різьбообробки. Для застосування даних моделей достатньо одержати для системи довільної структури значення часів наробки на відмову, відновлювання, а також часів обслуговувань і переналагоджувань.

5. Модель оптимізації АВСП дозволяє у якості напрямків використання ресурсів розглядати не лише можливість застосування різних варіантів обслуговування системи робітниками (перерозподіляти кошти на здійснення ремонтних або налагоджувальних робіт), а також враховувати використання коштів на розширення діапазону технічних можливостей обладнання, тобто його модернізацію з метою підвищення продуктивності, ремонтоздатності, надійності, переналагоджуваності; використання часового і апаратного резервування.

6. Порівняння результатів аналітичного моделювання з експериментальними даними показало, що похибка обчислень не перевищує 2,5% для значень втрат часу, і 0,25% для таких параметрів, як середній час обробки, продуктивність, коефіцієнт технологічної гнучкості. імітаційнний експеримент також підтвердив високий ступінь адекватності математичних моделей реальної системи: розбіжність результатів розрахунків по імітаційним моделям і при аналітичному моделюванні для всіх випадків варірювання початкових параметрів в середньому складає 8%. Одержані імітаційні моделі можуть використовуватися не лише для підтвердження результатів аналітичного моделювання, а і як самостійний апарат дослідження АВСП.

7. Розроблені пакети прикладних програм для моделювання і оптимізації параметрів функціонування АВСП на основі отриманих математичних моделей, упроваджені основні результати дисертаційної роботи на ряді підприємств України, а також в учбовий процес.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Копп В.Я., Чуб О.П., Обжерин Ю.Е. Математическая модель оценки влияния переналадок и отказов на производительность ГПС мелкосерийного производства// Оптимизация производственных процессов. – Севастополь: Севастоп. гос. техн. ун-т. - 1999. - Вып.1. - С. 39-45.

2. Копп В.Я., Чуб О.П., Обжерин Ю.Е, Карпов М.П. Статистическая оценка параметров гибких автоматизированных систем в мелкосерийном производстве// Оптимизация производственных процессов. - Севастополь: Севастоп. гос. техн. ун-т. - 1999. - Вып.2. - С. 36-39.

3. Чуб О.П., Копп В.Я. Имитационное моделирование работы гибких производственных систем мелкосерийного многономенклатурного производства// Сб. науч. тр. - Севастополь: СИЯЭиП. - 1999. - Вып.2 (2). - С. 165 - 169.

4. Чуб О.П., Копп В.Я. Статистическая оценка параметров автоматизированных производственных систем переналаживаемого производства// Оптимизация производственных процессов. – Севастополь: Севастоп. гос. техн. ун-т, 2000. - Вып.3. - С. 89-94.

5. Чуб О.П., Копп В.Я., Обжерин Ю.Е. Минимизация суммарных вкладываемых средств, обеспечивающих заданный уровень производительности в условиях переналаживаемого автоматизированного производства// Вестник СевГТУ: Автоматизация процессов и управление. – Севастополь: Севастоп. гос. техн. ун-т. - Вып. 27. - 2000. – С.148-155.

6. Чуб О.П., Копп В.Я., Обжерин Ю.Е. Повышение производительности переналаживаемых автоматизированных производственных систем на основе оптимального распределения ресурсов// Сб. науч. тр. – Севастополь: СИЯЭиП. – 2000. - Вып.3. – С. 36 – 44.

7. Чуб О.П., Копп В.Я., Галкина Л.В. Математическое моделирование и экспериментальные исследования работы автоматизированных переналаживаемых систем// Сб. науч. тр. – Севастополь: СИЯЭиП, 2001. – Вып.5. – С. 218 – 223.

8.Чуб О. П. Оценка влияния переналадок и отказов на производительность ГПС мелкосерийного производства// Труды Междунар. конф. “Автомобильный транспорт: прогресс, технологии, кадры”. – Севастополь: Севастоп. техн. ун-т. - 1999. - С. 189 - 193.

9. Копп В.Я., Чуб О.П. Оптимизация параметров функционирования гибких автоматизированных производственных систем// Междунар. научн. техн. конференция “Новые технологии в машино-приборостроении и на транспорте”. - Севастополь: Севастоп. гос. техн. ун-т, 2001. – С. 53-58.

АННОТАЦИЯ

Чуб О.П. Оптимизация параметров функционирования переналаживаемых автоматизированных производственных систем механосборочного производства. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов. Севастопольский национальный технический университет, Севастополь, 2002.

Диссертация посвящена оптимизации параметров функционирования переналаживаемых автоматизированных производственных систем (ПАПС) механосборочного производства с учетом особенностей работы данных систем в условиях серийного и мелкосерийного производства. Были разработаны полумарковские математические модели, описывающие функционирование ПАПС, основной особенностью которых является, во-первых, учет не только надежности системы, но и времени ее переналадки, а, во-вторых, то, что случайные величины (время наработки на отказ, время восстановления, время обслуживания, время переналадки), входящие в модель, могут быть распределены по произвольному закону. Выявлено, что функционирование ПАПС можно представить как альтернирующий процесс восстановления абсолютно надежной системы (времена наработки на отказ и восстановления учтены во времени обслуживания), эквивалентно заменяющей реальную, с известными функциями распределения времени обслуживания продукции с учетом отказов и времени переналадок. Данный факт позволяет упростить математическое описание переналаживаемых автоматизированных систем с учетом отказов, восстановлений и переналадок, а также строить модели более сложных многокомпонентных иерархически организованных систем любого уровня обобщения в структуре комплексной ПАПС предприятия. Для математического описания ПАПС определены не только аналитические зависимости в общем виде для произвольных законов распределения СВ, но также получены зависимости для ряда известных законов распределения, что упрощает использование на практике данных моделей, а также разработку программного обеспечения для автоматизации моделирования ПАПС. В работе решены следующие задачи оптимизации параметров функционирования ПАПС: определение максимальной производительности ПАПС на основе оптимального распределения ограниченного количества вкладываемых средств; минимизация суммарных вкладываемых средств, обеспечивающих заданный уровень производительности в условиях переналаживаемого автоматизированного производства. Определено, что для условий, рассмотренных в приведенных в диссертации примерах, возможно достичь максимального прироста производительности за счет оптимального перераспределения средств на 7,2 – 8,9%, а заданный уровень производительности может быть обеспечен при снижении суммы вкладываемых средств на 51 – 94%. Модели оптимизации ПАПС позволяют в качестве направлений вложения ресурсов рассматривать не только возможность использования различных вариантов технического обслуживания системы рабочими (перераспределять средства на осуществление ремонтных или наладочных работ), но и учитывать использование средств на расширение диапазона технических возможностей оборудования. Проведенные экспериментальные исследования и имитационное моделирование подтвердили адекватность разработанных математических моделей реальной системе. Построенные имитационные модели могут использоваться также и как самостоятельный аппарат исследования ПАПС. Разработаны пакеты прикладных программ для моделирования и оптимизации параметров функционирования ПАПС, внедрены основные результаты диссертационной работы на ряде предприятий Украины, а также в учебный процесс.

Ключевые слова: автоматизированная производственная система, механосборочное производство, переналадки, надежность, полумарковская модель, имитационная модель, оптимизация.

АНОТАЦIЯ

Чуб О.П. Оптимізація параметрів функціонування автоматизованих виробничих систем механоскладального виробництва, які переналагоджуються. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів. Севастопольський національний технічний університет, Севастополь, 2002.

Дисертація присвячена оптимізації параметрів функціонування автоматизованих виробничих систем (АВСП) механоскладального виробництва, які переналагоджуються, з урахуванням відмов, відновлювань і переналагоджувань. Для досягнення поставленої мети були розроблені напівмарківські математичні моделі, що описують функціонування АВСП з урахуванням відмов, відновлювань і переналагоджувань. В результаті функціонування АВСП було представлено як альтерніруючий процес відновлювання з відомими функціями розпреділення часу обслуговування продукції з урахуванням відмов і часу переналагоджувань. У роботі вирішені наступні задачі оптимізації параметрів функціонування АВСП: визначення максимальної продуктивності АВСП на основі оптимального розпреділення обмеженої кількості коштів, що вкладаються; мінімізація сумарних коштів, що вкладаються, що забезпечують заданий рівень продуктивності в умовах автоматизованого виробництва, яке переналагоджується. Проведені експериментальні дослідження і імітаційне моделювання підтвердили адекватність розроблених математичних моделей реальній системі.

Ключові слова: автоматизована виробнича система, механоскладальнє виробництво, переналагоджування, надійність, напівмарківська модель, імітаційна модель, оптимізація..

SUMMARY

Chub O.P. Optimization of readjustered automated production systems of processing and assembly production functioning parameters. Manuscript.

Thesis for the candidate’s degree in technical sciences by speciality 05.13.07- automation of technological processes. Sevastopol national technical university, Sevastopol, 2002.

The thesis is devoted to optimization of readjustered automated production systems (RAPS) of processing and assembly production functioning parameters with peculiarities calculation refusals, renevals and readjustments. To reach this aim were worked out semi-marcovian mathematical models, describing RAPS functioning with refusals, renevals and readjustments calculation. As result RAPS functioning was represented as alternative reneval process with reputed distribution functions of production attendance time (providing for reliability degree) and readjustmet time. Were solved the following RAPS functioning parameters optimization tasks: determination of maximum RAPS productivity on the basis of optimum distribution of limited amount of inlaid funds; minimization of inlaid funds sum, providing a pre-set productivity level in conditions of readjustered automated production. Conducted experimental researches and simulation modeling corroborated adequacy of developed mathematical models to real system. Introduction of main research results was performed.

Key words: automated production system, processing and assembly production, readjustments, reliability, semi-marcovian model, simulation model, optimization.

_________________________________________________________________

Підписано до друку 28.12.2001г. Формат 60х90.1/16. Папір офсетний.

Гарнітура Таймс. Умов. друк. а. 0,9. Тираж 100 екз. Замовлення № 1.

Видавництво “СевДТУ”, НМЦ.

99053, м.Севастополь, Стрілецька балка, Студмістечко, 4-й учбовий корпус.