Міністерство освіти і науки України

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

“Харківський авіаційний інститут”

ГУБКА Олексій Сергійович

УДК 658.62.001

МОДЕЛЬ І МЕТОДИ ПОБУДОВИ РОЗКЛАДІВ АВТОМАТИЗОВАНИХ ВИРОБНИЧИХ СИСТЕМ В УМОВАХ ПОРТФЕЛЮ ЗАМОВЛЕНЬ, ЩО ЗМІНЮЄТЬСЯ

05.13.06 - автоматизовані системи управління

та прогресивні інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Харків - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Федорович Олег Євгенович,

Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”,

завідувач кафедри інформаційних управляючих систем.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Левикін Віктор Макарович,

Харківський національний університет радіоелектроніки,

завідувач кафедри інформаційних управляючих систем;

кандидат технічних наук, доцент

Внуков Ігор Павлович,

Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”,

завідувач кафедри електротехніки.

Провідна установа - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, кафедра системного аналізу і управління, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться 20 травня 2005 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.062.01 у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17, радіотехнічний корпус, ауд. 232.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.

Автореферат розісланий 8 квітня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _______________________ М. О. Латкин

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми досліджень. У сучасних ринкових умовах України портфель замовлень підприємств динамічно змінюється, що вимагає нових підходів до управління як підприємством у цілому, так і його структурними підрозділами. Для ефективного планування виробничих процесів необхідно скористатися методами, орієнтованими на портфель замовлень, що змінюється.

Сучасне виробництво має складну, ієрархічну структуру, до якої входять різні виробничі об'єкти (цехи, відділи, ділянки тощо). У якості таких об'єктів можуть виступати автоматизовані модулі, лінії, транспортні системи, виробничі склади. Планування роботи окремих складових автоматизованих виробничих систем (АВС) можливо при формуванні розкладів, що враховують взаємодію як основного, так і допоміжного обладнання (наприклад, транспортних засобів).

Класичні моделі теорії розкладів використовуються для планування роботи обмеженої кількості обладнання та непридатні для рішення складних задач із реальними виробничими умовами і обмеженнями, які в тому числі, враховують конфліктні ситуації різного характеру, наприклад, використання спільного обладнання при паралельному обслуговуванні замовлень. Тому потрібна розробка таких моделей, які коректно описують взаємодію основного і допоміжного обладнання з урахуванням паралельного обслуговування в умовах сучасного виробництва із частою зміною портфелю замовлень. Одним з можливих шляхів рішення цієї задачі є використання графових моделей, за допомогою яких можна представити як окремі об'єкти автоматизованого виробництва, так і описати процес взаємодії основного та допоміжного обладнання для побудови розкладів та автоматизованого управління АВС.

Планування і побудова розкладів роботи автоматизованого обладнання сучасного, орієнтованого на ринок, підприємства пов'язані з:

– створенням науковообгрунтованих підходів до підготовки і управління виробництвом в умовах портфелю замовлень, що змінюється;

– розробкою моделей і методів побудови розкладів роботи взаємодіючого основного і допоміжного обладнання для автоматизованого управління виробництвом.

У зв'язку із цим тема дисертації має важливе науково-прикладне значення, оскільки вона спрямована на вирішення актуальної наукової задачі розробки моделі і методів планування роботи АВС на етапі підготовки виробництва шляхом формування розкладів їх роботи в умовах динамічної зміни портфеля замовлень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота над дисертацією виконувалась на кафедрі інформаційних управляючих систем Національного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” у рамках держбюджетних НДР Міністерства освіти і науки України “Розробка методологічних принципів, методів і математичних моделей логістичного аналізу і управління складними технологічними комплексами” (ДР №0103U004181), “Методологічні основи синтезу системних технологій управління проектами і програмами при створенні складних аерокосмічних комплексів” (ДР №0100U003443).

Особистий внесок автора у зазначених НДР, як співвиконавця, складається в розробці графової моделі, методів планування і побудови розкладів роботи основного і допоміжного обладнання АВС.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є скорочення строків підготовки розкладів для задач автоматизованого управління виробничими системами в умовах портфелю замовлень, що змінюється.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

Об'єкт дослідження - процес побудови розкладів роботи АВС.

Предмет дослідження - моделі, методи і інформаційні технології побудови розкладів роботи АВС.

Методи досліджень. Проведені дослідження ґрунтуються на використанні методів теорії графів для структурного подання виробничих процесів; теорії розкладів і імітаційного моделювання для аналізу динаміки роботи АВС; теорії множин для дослідження властивостей виробничо-часових графів (ВЧГ); комбінаторики для аналізу і вибору методів побудови розкладів.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1) вперше запропонована графова модель роботи автоматизованої виробничої системи, яка, на відміну від існуючих, заснована на виробничо-часовому поданні та введених спеціальних операціях по перетворенню виробничо-часових графів, що дозволяє будувати виробничі розклади в умовах портфелю замовлень, що змінюється;

2) удосконалено методи вирішення задачі побудови виробничих розкладів, які дозволяють описати взаємодію основного та допоміжного обладнання для управління автоматизованими виробничими системами з урахуванням реальних виробничих обмежень;

3) отримав подальший розвиток метод планування автоматизованих виробничих систем, який дозволяє враховувати паралельне обслуговування замовлень для багатопроцесних ліній і ділянок.

Запропоновані модель і методи дозволяють науково обґрунтовано підходити до дослідження процесів планування виробництва, удосконалюють методи побудови розкладів роботи автоматизованих виробничих систем при підготовці виробництва для портфелю замовлень, що змінюється.

Практичне значення отриманих результатів. На основі проведених досліджень:

- розроблені інженерні методики та алгоритми складання розкладів роботи АВС при підготовці виробництва в умовах портфелю замовлень, що змінюється,

- інструментальні засоби для побудови АРМ “Розклад”, які дозволяють скоротити час підготовки розкладів роботи АВС.

Науково-технічний ефект складається в автоматизації побудови розкладів АВС в умовах портфелю замовлень, що змінюється.

Экономический ефект пов'язаний з підвищенням ефективності і скороченням строків планування роботи АВС завдяки автоматизованій побудові розкладів роботи основного і допоміжного обладнання.

Соціальний ефект зв'язаний зі зниженням кваліфікаційних вимог і полегшенням праці персоналу підприємства за рахунок автоматизації задачі планування роботи АВС.

Результати дисертаційних досліджень впроваджені на підприємствах і в організаціях у вигляді методик, алгоритмів, побудованих розкладів, комп'ютерних програм планування роботи АВС:

1) у ЗАТ “Краснодонський завод Автоагрегат” (акт впровадження від 20.12.2002 р.);

2) на Південноукраїнській атомній електростанції (акт впровадження від 15.10.2002р.);

3) у навчальний процес Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” (акт впровадження від 24.03.2004 р.).

4) у ДП “Шахта “Піонер”” (акт впровадження від 12.05.2004 р.);

5) у Державному департаменті інтелектуальної власності. Отримані посвідчення про Державну реєстрацію прав автора на комп'ютерні програми: “Програма планування роботи автоматизованого комплексу” та “Програма для конструктивного перерахування варіантів побудови розкладів”;

6) у Державному департаменті інтелектуальної власності Українського інституту промислової власності. Визнані винаходами з видачею патентів України: пристрій обробки інформації, оптимізуючий процесор, аналізатор реалізовності процесу.

Особистий внесок здобувача. Всі основні наукові положення, виводи і рекомендації дисертаційної роботи отримані особисто автором. У публікаціях, які написані у співавторстві, здобувачеві належать наступні результати: інформаційна підсистема оперативного планування виробництва [1], імітаційна модель автоматизованої лінії [2], підсистема диспетчирування виробництвом інформаційної системи оперативного планування на основі системи управління базами даних (СУБД) Cachй [3], система оперативного планування і управління збутом продукції на базі постреляційної інформаційної технології [5], узагальнений метод побудови оперативних і циклічних розкладів на базі запропонованої графової моделі [6], побудова архітектури оптимізуючого процесора [7], схема аналізатора реалізовності процесу [8], алгоритм взаємодії елементів пристрою обробки інформації [9], аналіз СУБД для завдань оперативного планування виробництва [12], розробка об’єктно-орієнтованого підходу до побудови інформаційних систем на основі СУБД Cachй [19], метод побудови баз даних (БД) для виробничих систем з використанням технології Cachй Server Pages [20], подання складних ієрархічних об'єктів за допомогою постреляційної інформаційної технології [21].

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційних досліджень доповідались і обговорювались на міжнародних науково-технічних конференціях (МНТК): МНТК “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні” (Харків, 2002, 2003, 2004), 1-й обласній НТК “Тобі, Харківщина, - пошук молодих” (Харків, 2002), МНТК “Політ - 2002” (Київ, 2002), 3-й МНТК “Сучасні інформаційні і електронні технології” (Одеса, 2002), МНТК “Научная сессия МИФИ” (Російська Федерація, Москва, 2003), 7-й МНТК “Наука і освіта 2004” (Дніпропетровськ, 2004), 1-й МНТК “Науковий потенціал світу 2004” (Дніпропетровськ, 2004), 3-й МНТК “Динаміка наукових досліджень 2004” (Дніпропетровськ, 2004) а також на наукових семінарах кафедри інформаційних управляючих систем Національного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” (2001-2004).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 21 друковану працю, з них: 2 статті - у науково-технічних журналах, 4 статті - у збірниках наукових праць, 7 - у матеріалах конференцій, 3 патенти, 2 посвідчення про реєстрації прав автора на програмний продукт, 3 навчальні посібники.

Структура роботи. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновків, додатка, викладена на 180 сторінках, 27 рисунків на 21 окремій сторінці, 6 таблиць на 5 окремих сторінках, список використаних літературних джерел з 117 найменувань на 11 сторінках, 1 додаток на 6 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ до дисертаційної роботи містить: актуальність теми і наукового завдання; зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами; мету і задачі дослідження; об'єкт, предмет і методи дослідження; наукову новизну і практичне значення отриманих результатів; особистий внесок здобувача; інформацію про реалізацію, апробацію і публікацію результатів.

Перший розділ присвячений огляду і аналізу методів планування виробничих систем.

Зроблено огляд методів організації планування і управління виробництвом на прикладі відомих систем оперативного управління підприємствами - R/3, Oracle Applications, Baan IV, Renaissance CS, Босс-корпорація. Всі перераховані системи відносяться до класу MRPII/ERP.

Відомі методи, які застосовуються в системах оперативного управління за кордоном (R/3, Oracle Applications, Baan IV, Renaissance CS), орієнтовані на побудови планів, а не розкладів роботи обладнання АВС і, через специфіку організації виробництва в Україні і країнах СНД, вимагають змін і додаткової адаптації до наших умов, що практично неможливо через їх закритість для користувачів. Необхідно також враховувати високі витрати на придбання даних систем. Існують окремі системи російського виробництва, однак більшість з них маловідомі через слабку маркетингову політику і відсутність кваліфікованого супроводу продукції. Крім того, перераховані системи, маючи великий набір функцій, практично не мають засобів для рішення задач побудови розкладів роботи АВС. Тому такі системи, в основному, використовуються на великих підприємствах і виробничих об'єднаннях при формуванні планів їх роботи.

Далі в розділі розглянуті відомі методи рішення задачі побудови розкладів роботи виробничого обладнання. Аналіз показав, що відомі підходи до побудови розкладів орієнтовані на постійний портфель замовлень і одержання тільки циклічних розкладів для невеликої кількості процесів (1-2) і тому мало придатні в сучасних економічних умовах. Разом з тим практика розробки і побудови сучасних автоматизованих систем управління виробництвом вимагає розробки нових підходів і методів рішення задачі побудови розкладів, які б дозволили одержувати розклади виконання замовлень для взаємодіючого основного і допоміжного обладнання за прийнятний час так, щоб можна було здійснювати перепланування АВС у випадку зміни портфелю замовлень або появи термінових замовлень.

Наприкінці розділу проаналізовані методи імітаційного моделювання, які дозволяють програмно імітувати управління виробництвом, що дає можливість динамічно оцінювати реалізовність побудованого розкладу і одержувати основні характеристики роботи АВС.

За результатами аналізу сформульовані задачі, які необхідно вирішити для планування і побудови розкладів роботи АВС.

Другий розділ дисертації присвячений формуванню основних теоретичних положень моделювання АВС за допомогою виробничо-часових графів (ВЧГ) для опису координованої взаємодії основного і допоміжного обладнання, формалізації процесу побудови розкладів роботи АВС, аналізу і вибору методів побудови розкладів.

Аналіз існуючих систем планування виробництва, дослідження їх структурних складових і характеристик дозволили формалізовано представити розклади роботи основного і допоміжного обладнання АВС у вигляді ВЧГ.

Виробничо-часовий граф – це орієнтований граф G з p вершинами, заданими множиною V={v1,v2, …, vp}, і q ребрами, заданими множиною W ={w1, w2, …, wq}.

Запропоновано позначення виробничо-часового графа G у вигляді наступної четвірки параметрів: G {V, B, W, R} , де V - множина вершин, - множина часових інтервалів вершин (), W - множина ребер, - множина часових інтервалів ребер (рис. 1).

Множина вершин V розбита на непересічні підмножини, причому вершини, що належать до однієї підмножині, називаються тотожними.

Виробничо-часовий граф G може складатися з підграфів (G1, G2,…,G.). Запропоновані поняття ізольованих вершин, нульового (G0) і оберненого (G -1) графів.

Описано два види переміщень між об'єктами виробництва: робочі і холості переходи. Робочим переміщенням відповідають на виробничо-часовому графі ребра, що належать множині , холостим – ребра, що належать множині , , .

Для перетворення ВЧГ введені спеціальні операції об'єднання і перетину . Виділені вершинні і реберні компоненти ВЧГ, які є елементарними складовими цих графів.

Рис.1. Приклад виробничо-часового графа

На множині компонентів введені операції зрушення. Зрушенням кінця інтервалу вершинного компонента називається операція перетворення компонента виду у компонент виду , де ti – величина зрушення правої границі i-го компонента. Зрушенням компонента називається операція перетворення вершинного або реберного компонента у компонент виду . Показано, що введені раніше операції на графах можна представити через компоненти.

Нехай

, ,

тоді

.

Досліджені виробничо-часові графи спеціального виду – елементарні графи, які складаються з упорядкованих у часі вершинних і реберних компонентів, які послідовно чергуються. На множині елементарних графів задане відношення тотожності. Елементарний граф G2 називається 1-тотожним графу G1, якщо він отриманий із графа G1 шляхом заміни його вершин на тотожні. Елементарний граф G2 називається 2-тотожним графу G1, якщо він отриманий із графа G1 шляхом застосування до його компонентів операцій зрушення.

Виробничо-часові графи, тотожні перетворення і операції на графах дозволили формально представити побудову розкладів у вигляді формульної залежності. Введено поняття проміжного розкладу. Під проміжним розкладом розуміється структурний об'єкт, представлений виробничо-часовим графом Q, формально отриманим з виробничо-часових графів G1, G2,…,Gn у такий спосіб:

де - граф, що отриманий із графа Gi шляхом видалення підмножини реберних компонентів .

Виконання дій за наведеною формулою дозволяє одержати деякий проміжний розклад, який, у загальному випадку, не обов'язково задовільняє необхідним умовам реалізовності розкладу. Множина умов реалізовності розкладу (наприклад, відсутність взаємного перетинання вершинних компонентів у кожній вершині, реберних компонентів усередині підграфів і т.д.) утворює множину перевірок реалізовності . Проміжні розклади, які задовольняють всім перевіркам множини , утворюють підмножину реалізовних проміжних розкладів, тобто власне розкладів, а проміжні розклади, які задовольняють окремій перевірці , утворюють підмножину -реалізовних проміжних розкладів.

В роботі представлені прийоми формування формульних залежностей для проміжних розкладів за допомогою перетворень ВЧГ, які надалі описані у вигляді методів побудови розкладів. Запропоновано узагальнену структуру процесу побудови розкладів, аналіз якої приводить до методів побудови розкладів у вигляді послідовності дій над графами і над компонентами графів. Досліджено способи організації перевірок реализовності проміжних розкладів і генерації тотожних елементарних графів. Оцінено складність реалізації різних методів і обрано метод побудови розкладів на рівні операцій над компонентами елементарних ВЧГ із поопераційним виконанням перевірок.

Третій розділ присвячений розробці методу побудови оперативних розкладів в умовах портфелю замовлень, що змінюється.

На початку розділу виконано аналіз автоматизованих ліній як основного елемента АВС. Розглянуто особливості побудови розкладів для автоматизованих ліній із транспортними роботами. Виконаний аналіз показав, що найбільш загальним типом сучасних автоматизованих ліній є багатопроцесні лінії із транспортними роботами, що одночасно обслуговують кілька замовлень.

Зазначено фактори, які визначають специфіку організації роботи лінії в умовах портфелю замовлень, що змінюється (оперативний режим). Ці фактори формують ряд особливостей побудови оперативних розкладів, а саме:

· відсутня можливість апріорно розподіляти зони обслуговування транспортних роботів;

· змінний потік виробів по різних замовленнях вимагає достатньої кількості технологічних супутників;

· послідовний характер запуску замовлень дозволяє одержувати інформацію про маршрути руху транспортних роботів і використання основного обладнання тільки на деякому інтервалі часу (наприклад, між двома послідовними запусками виробів).

Розроблено метод побудови оперативних розкладів, що враховує зазначені особливості і містить наступні основні етапи:

1. Розрахунок тривалості реберних компонентів ВЧГ.

2. Розподіл реберних компонентів між підграфами ВЧГ.

3. Побудова оперативного розкладу на рівні компонентів ВЧГ.

4. Перевірка реалізовності вершинних і реберних компонентів на множині перевірок .

5. Тотожні перетворення компонентів ВЧГ.

6. Одержання реалізовного розкладу.

Особливості оперативного режиму роботи АВС визначають набір перевірок побудованого проміжного розкладу , описаний у роботі.

Перевірки дозволяють оцінити побудований проміжний розклад. Невиконання умов будь-якої з перевірок викликає необхідність переходу на етап тотожних перетворень, на якому здійснюються перетворення елементарного графа з метою одержання реалізовного оперативного розкладу.

Використовуючи результати попереднього аналізу, побудову оперативних розкладів АВС здійснено на рівні операцій над компонентами виробничо-часових графів і засновано на послідовній добудові вершинних і реберних компонентів елементарного графа до вже побудованого розкладу для елементарних графів ,…,. Послідовність побудови оперативного розкладу, з урахуванням вказаного складу перевірок, формально подається у такий спосіб:

Q =(E G )¦ ((E G )¦ (E nG ))¦,

…

Q =(E Q )¦ ((E Q )¦

( E Q ))¦,

…

Q =(E Q )¦ ((E

Q )¦ (E Q ))¦,

…

Q =(E Q )¦ ((E

Q )¦ (E Q ))¦ ,

де - оперативний розклад на -му кроці побудови, (при ),

E- і-й компонент j-го елементарного графа, ,

- кількість компонентів j-го елементарного графа, ,

- виконання перевірки для відповідного елемента формули ().

Виконано також аналіз впливу кількості технологічних супутників на продуктивність лінії для оперативного розкладу, побудованого для вхідної множині елементарних ВЧГ , .

У четвертому розділі розглянуті питання організації планування АВС в умовах постійного портфелю замовлень, що дозволяє будувати розклади заздалегідь і робити їх повторюваними (циклічними), що зручно для автоматичних режимів управління роботою обладнання.

Метод побудови циклічного розкладу на рівні операцій над компонентами ВЧГ заснований, як і для оперативного розкладу, на послідовній добудові вершинних і реберних компонентів елементарного графа до вже побудованого розкладу для елементарних графів ,…,. Послідовність побудови циклічного розкладу на r–му кроці, з урахуванням конкретного складу перевірок , описаного в роботі, може бути записана в такий спосіб:

,

де - циклічний розклад на -му кроці побудови (при ),

- номер пари компонентів -го елементарного графа, ,

- кількість компонентів j-го елементарного графа, ,

- виконання перевірки для відповідного елемента формули ().

Далі в розділі запропонований спосіб визначення нижньої границі тривалості циклу , який враховує множину часових інтервалів вершин елементарних ВЧГ , .

При побудові розкладу для заданого виробничо-часового графа , що складається з підграфов, виникає задача розподілу реберних компонентів елементарних графів , між підграфами , . Ця задача вирішується шляхом декомпозиції графа на підграфи за критерієм рівномірного розподілу реберних компонентів множині елементарних ВЧГ.

Запропоновані перетворення, які забезпечують побудову реалізовного проміжного розкладу, і виділені три фази перетворення розкладу. Перші дві фази пов'язані з тотожними перетвореннями вершинних і реберних компонентів елементарних ВЧГ, поєднуваних у розклад (виробничо-часовий граф). Запропоновано спосіб виконання тотожних перетворень компонентів елементарних графів, звертання до якого відбувається у випадку невиконання умов реалізовності, що задаються множиною перевірок .

Третя фаза перетворення розкладу пов'язана зі зміною тривалості циклу . Вона є завершальною і забезпечує побудову реалізовного розкладу. Остаточний аналіз реалізовності виконується методами імітаційного моделювання. Показано, що процес перетворення розкладу є кінцевим і результативним.

У п'ятому розділі представлені основні практичні результати дисертаційної роботи. Розроблено інструментальні засоби побудови АРМ “Розклад” (рис.2) для задач підготовки виробництва.

Рис.2. Комп'ютерна технологія побудови розкладів роботи АВС

АРМ “Розклад” містить наступні модулі і блоки:

Блок введення вхідних даних (БВВД);

Блок обробки вхідних даних (БОВД);

Модуль побудови попереднього оперативного розкладу (МППОР);

Модуль побудови попереднього циклічного розкладу (МППЦР);

Модуль імітаційного моделювання (МІМ);

Блок генерації перевірок (БГП);

Модуль перевірок реалізовності розкладу (МПРР);

Модуль апаратної обробки даних (МАОД);

Блок побудови реалізовного розкладу (БПРР);

Блок побудови програми роботи АВС (БППР);

Блок видачі результату роботи (БВРР).

Розроблений АРМ дозволяє на етапі підготовки виробництва за допомогою виробничо-часових графів представити структуру АВС і, на підставі запропонованих моделі і методів, побудувати розклад роботи обладнання АВС. При формуванні розкладу використані як оригінальні методики, так і методи імітаційного моделювання. Для зберігання інформації використовуються бази даних, для управління якими застосовується високопродуктивна постреляційна технологія на основі СУБД Cache, що найбільш ефективно і з високим ступенем адекватності дозволяє представити графову модель АВС у зручному для комп'ютерної обробки вигляді.

Далі в розділі розглянуті питання технічної реалізації задачі побудови розкладів АВС. Розроблено оригінальні пристрої: оптимізуючий процесор, аналізатор реалізовності процесу і пристрій обробки інформації, які дозволяють спростити і прискорити процес побудови оперативних розкладів.

Наприкінці розділу наведені результати впровадження методів, програмних продуктів і розкладів роботи АВС на підприємствах України. Впровадження показало, що використання розроблених моделі, методів і програмних засобів дає значний економічний ефект.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено нове вирішення актуальної наукової задачі аналізу, планування і побудови розкладів роботи АВС в умовах портфелю замовлень, що змінюється. Ця задача має важливе практичне значення для ефективної роботи АВС в аерокосмічній, машинобудівній, приладобудівній і іншій галузях промисловості України, що працюють в умовах частої зміни замовлень.

Основні результати дослідження:

1. Системно представлений і структурований виробничий процес у вигляді взаємодії основного і допоміжного обладнання, що дозволяє перейти к комплексному управлінню АВС.

2. Побудовано модель виробництва у вигляді виробничо-часового графа, що представляє роботу АВС у реальному просторово-часовому аспекті.

3. Запропоновано спеціальні операції по перетворенню виробничо-часових графів у задачах побудови розкладів роботи АВС, які розширюють можливості графових моделей для розглянутої прикладної області.

4. Створено метод побудови оперативних розкладів роботи АВС, який дозволяє паралельно управляти декількома заказами для портфелю замовлень, що змінюється.

5. Створено метод побудови циклічних розкладів роботи АВС для постійного портфелю замовлень, який дає можливість перейти до постійного закону управління АВС на довгий период часу.

6. Розроблено методики і алгоритми для реалізації методів побудови оперативних і циклічних розкладів, які є основою для побудови програмного забезпечення АВС.

7. Створено інструментарій автоматизованого робочого місця для побудови розкладів роботи АВС, який базується на розроблених методах, методиках, алгоритмах і сценаріях роботи користувача.

8. Проведено апробацію і порівняння існуючих і запропонованих автоматизованих методів побудови розкладів, які показують ефективність запропонованого підходу завдяки оперативності отримання розкладів роботи досліджуємих АВС.

9. Результати досліджень впроваджені в практику підготовки виробництва і створення автоматизованих систем управління виробництвом на прикладі АВС гальванічного виробництва.

Результати роботи можуть бути використані для задач підготовки виробництва, а також при створенні систем планування і управління автоматизованими виробничими комплексами в різних галузях народного господарства.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

АНОТАЦІЯ

Губка О.С. Модель та методи побудови розкладів автоматизованих виробничих систем в умовах портфелю замовлень, що змінюється. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. – Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, Харків, 2005.

У дисертаційній роботі розроблено модель та методи для планування та побудови розкладів роботи автоматизований виробничих систем (АВС) в умовах портфелю замовлень, що змінюється.

Науковими результатами досліджень є: графова модель, що описує роботу основного і допоміжного обладнання АВС; основні операції по перетворенню виробничо-часових графів в задачах побудови розкладів АВС; методи побудови розкладів роботи АВС для портфелю замовлень, що змінюється, та для постійного портфелю замовлень; інструментальні засоби для побудови автоматизованого робочого місця (АРМ) по складанню розкладів виробничих процесів на основі прогресивної постреляційної інформаційної технології.

Розроблені модель та методи дозволяють скоротити час планування та побудови розкладів роботи АВС за рахунок автоматизації процесів побудови розкладів їх роботи.

Ключові слова: автоматизована виробнича система, виробничо-часовий граф, портфель замовлень, планування, побудова розкладів, постреляційна інформаційна технологія.

АННОТАЦИЯ

Губка А.С. Модель и методы построения расписаний автоматизированных производственных систем в условиях изменяющегося портфеля заказов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. – Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “Харьковский авиационный институт”, Харьков, 2005.

В современных рыночных условиях Украины портфель заказов предприятий динамично меняется, что требует новых подходов к планированию работы автоматизированных производственных систем (АПС).

Классические модели теории расписаний используются для создания производственных расписаний с небольшим количеством элементов основного оборудования и не пригодны для планирования и управления АПС, обслуживающих параллельно несколько заказов.

В диссертационной работе сформирована производственно-временная графовая модель, предназначенная для описания и управления координированным взаимодействием основного и вспомогательного оборудования автоматизированных производств.

При этом получили дальнейшее развитие методы построения расписаний работы АПС в условиях изменяющегося портфеля заказов, предназначенные для сокращения сроков и автоматизации построения расписаний.

Проведенные исследования основываются на использовании методов теории графов для структурного представления производственных процессов; теории расписаний и имитационного моделирования для анализа динамики работы АПС, теории множеств для исследования свойств производственно-временных графов; комбинаторики для анализа и выбора методов построения расписаний.

Разработаны специальные операции, предназначенные для декомпозиции производственно-временных графов (ПВГ) на элементарные составляющие и для преобразования ПВГ при формировании промежуточных расписаний работы АПС.

С помощью предложенных методов, основанных на преобразованиях ПВГ, с учетом реальных производственных условий и ограничений, можно получить реализуемые расписания работы для оперативного и циклического режимов работы АПС.

Кроме статических проверок использован также метод динамической проверки, основанный на имитационном моделировании. Метод имитационного моделирования позволяют окончательно проверить корректность полученного расписания на виртуальной модели АПС и получить необходимые характеристики работы оборудования.

Научными результатами исследований являются:

- графовая модель работы автоматизированных производственных систем, основанная на производственно-временном представлении, которая, в отличие от существующих, позволяет строить оперативные производственные расписания в условиях изменяющегося портфеля заказов.

- метод решения задачи составления расписаний автоматизированных производственных систем для управления координированным взаимодействием основного и вспомогательного оборудования с учетом реальных производственных ограничений.

- компьютерная методика планирования производственных систем для автоматизированных линий и участков в условиях многопроцессного параллельного обслуживания.

Разработано автоматизированное рабочее место (АРМ) “Расписание”, которое позволяет, на этапе подготовки производства с помощью производственно-временных графов, представить структуру АПС и, на основании предложенных модели и методов, строить расписания их работы. При формировании расписаний АПС использованы современные объектно-ориентированные информационные технологии. В качестве программного инструментария для удобного представления ПВГ и хранения информации по составленным расписаниям работы АПС применяется высокопроизводительная постреляционная информационная технология на базе СУБД Cachй.

Предложенные модель, методы и программно-аппаратный инструментарий в виде АРМ “Расписание” могут быть использованы для анализа, планирования и составления расписаний АПС в условиях как изменяющегося, так и постоянного портфелей заказов, и имеют важное значение для эффективного управления работой автоматизированных производств в различных областях народного хозяйства.

Ключевые слова: автоматизированная производственная система, производственно-временной граф, портфель заказов, планирование, построение расписаний, постреляционная информационная технология.

ABSTRACT

Gubka A.S. Model and methods construction of schedules automated industrial systems in conditions of changing portfolio orders. - Manuscript.

Dissertation for obtaining candidate scientific degree on specialty 05.13.06 –аutomated control systems and advanced information technologies. National Aerospace University “Kharkiv Aviation Institute”, Kharkiv, 2005.

In dissertational work the model and methods for construction of schedules work automated industrial systems (AIS) in conditions of constantly changing portfolio orders is developed.

Scientific results of works are: graf model which describes work of the basic and auxiliaries АIS; the basic operations on transformation graf models in tasks of construction schedules АIS; methods of construction schedules of work АIS for a changing portfolio orders and for a constant portfolio orders; tool means for construction of the automated workplace on drawing up schedules productions on the basis of progressive information technologies.

Developed model and methods based on graf model, allows to reduce time of planning and construction schedules of work AIS due to automation processes construction of their schedules work.

Key words: automated industrial system, industrial - time columns, portfolio orders, planning, construction of schedules, postrelational information technology.

Відповідальний за випуск М.О. Латкін

Підписано до друку 06.04.2005

Умов. друк. арк. 1,2. Замовлення 166

Тираж 100 прим. Безкоштовно

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського“

Харківський авіаційний інститут”

61070, Харків-70, вул. Чкалова, 17

Видавничий центр “ХАІ”

61070, Харків-70, вул.Чкалова, 17