Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование подходов к решению задач автоматизации проектирования ГПС и производства в машиностроении .13
1.1. Обзорный анализ существующих АТНС в ГПС... ...13
1.1.1. Роль и место автоматизированных транспортно-накопительных систем в ГПС 13
1.1.2. Функциональные компоненты АТНС ..16
1.1.3. Основные виды структурно-компоновочных решений АТНС 26
1.1.4. Оценка эффективности структурно-компоновочных
1.2. Основные подходы к автоматизации проектирования ГПС
1.2.1. Применение САПР в при проектировании ГПС
1.2.2. Вопросы синтеза структурно-компоновочных решений ГПС и их компонент 34
1.2.3. Примеры подходов к САПР в машиностроении 35
1.2.4. Моделирование материальных потоков в ГПС: основные подходы 39
1.3. Постановка задач, решаемых в диссертации 43
Глава 2. Разработка и развитие подхода к представлению системной организации автоматизированных накопителей изделий в ГПС на основе их матричных моделей 45
2.1. Подход к матрично-модельному представлению системной организации АНС 45
2.2. Матричные модели АНС с динамическим накопителем 47
2.3. Матричные модели АНС со статическим накопителем 59
2.4 Морфологический анализ и синтез матричных моделей двухуровневых автоматизированных накопительных систем 67
Глава 3. Разработка методики автоматизированного направленного синтеза структурно - компоновочных решений автоматизированных накопительных систем 76
3.1. Методологические установки к разработке методики автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС... 76
3.2. Формирование специализированного фонда эвристических приемов синтеза структурно-компоновочных решений АНС 77
3.3. Элементы временной и пространственной логик, используемых при синтезе структурно-компоновочных решений АНС 85
3.3.1. Элементы временной логики в интеллектуальных системах 86
3.3.2 Элементы пространственной логики 93
3.4. Исходные принципы синтеза матричных моделей системной организаций АНС 97
3.5. Генерация многообразия структурно-компоновочных решений АНС: эвристический подход 99
3.6. Методика автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС 135
Глава 4. Автоматизированный направленный синтез структурно-компоновочных решений автоматизированных накопительных систем на основе их матричных моделей 147
4.1. Задание начальных условия решения задачи синтеза структурно-компоновочного решения АНС 147
4.2. Решение задачи синтеза структурно-компоновочного решения
4.3. Определение времени простоев станков путем имитационного моделирования АНС ... 161
4.4. Сравнительный анализ предлагаемого структурно-компоновочного решения АНС с существующим аналогом 175
Выводы 184
- Основные подходы к автоматизации проектирования ГПС
- Матричные модели АНС с динамическим накопителем
- Формирование специализированного фонда эвристических приемов синтеза структурно-компоновочных решений АНС
- Определение времени простоев станков путем имитационного моделирования АНС
Введение к работе
Машиностроение является основой технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства. Перспективным направлением совершенствования современного машиностроения является создание гибких производственных систем (ГПС), объединяющих новейшие достижения техники и компьютерных технологий. В соответствии с ГОСТ 26228 - 85, под ГПС понимается несколько единиц технологического оборудования, снабженного средствами и системами, обеспечивающими функционирование оборудования в автоматическом режиме; при этом ГПС должна обладать свойствами автоматизированной переналадки при переходе на производство новых изделий в пределах заданной номенклатуры [23].
За более, чем 20-летнюю историю развития ГПС значительно изменились области и цели их применения, а следовательно, технические и компоновочные решения [64]. Важнейшим показателем гибкости современных производственных систем является возможность оперативной перестройки технологических процессов для обеспечения ритмичного комплектного выпуска продукции при изменении производственных условий [7].
Наиболее эффективным способом ускорения создания и повышения качества современных ГПС является автоматизация проектно-конструкторских работ. Согласно ГОСТ 23501.0 - 79 Система автоматизации проектирования (САПР) представляет собой организационно - техническую систему, состоящую из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного подразделениями проектной организации, и выполняющую автоматизированное проектирование [22]. Целью создания САПР является: повышение качества и технико-экономического уровня проектируемых объектов, в том числе при их создании и применении; повышение производительности труда, сокращение сроков, уменьшение стоимости и трудоемкости проектирования [22].
Вопросам автоматизированного проектирования в машиностроении посвящены работы А.Г. Митрофанова, И.ГТ. Норенкова, В.В. Павлова, А..Ф. Прохорова, О.И. Семенкова, Ю.М. Соломенцева, Р.И. Сольницева [2, 3, 39, 40, 41, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 67, 68, 72, 73, 74, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 90, оп
Эффективность использования ГПС в значительной мере зависит от принятых структурно-компоновочных решений автоматизированных транспортно-накопительных систем (АТНС), Согласно ГОСТ 26238-85 автоматизированная транспортно-складская система (АТСС) - это система взаимосвязанных транспортных и складских устройств для укладки, хранения, временного накопления, разгрузки и доставки предметов труда, технологической оснастки [24].
Проектирование и создание АТНС описывается В.А. Егоровым, О.Б. Маликовым, А.А. Смеховым [16, 27, 28, 35, 36, 37, 38, 76, 77, 78, 79, 80].
Существующие сегодня технологии проектирования ГПС обладают недостатком, заключающемся в том, что многие ошибки обнаруживаются только в результате испытания и эксплуатации ГПС. Решение проблемы состоит в том, чтобы, на протяжении всего процесса создания системы иметь ее модель, в которую в процессе проектирования вносить все изменения, возникшие вследствие получения новых результатов и на которой проверять все получаемые альтернативные технические решения [85].
Актуальность системного рассмотрения вопросов автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС обусловлена стремлением повышения качества проектных решений, снижения трудоемкости и сроков выполнения проектных работ. Существует настоятельная необходимость более глубокого анализа известных проектных решений АНС, комплексного рассмотрения вопросов их системной организации, разработки методологических установок и эвристических процедур поиска новых перспективных (конкурентоспособных) проектных решений и на этой основе создания методи-
ки автоматизированного направленного по заданному критерию синтеза структурно-компоновочных решений АНС на ранней стадии их проектирования.
В настоящей диссертации решаются вопросы синтеза структурно-компоновочных решений АНС на ранней стадии их проектирования.
Целью диссертационной работы является повышение качества проектных решений и сокращение сроков выполнения проектных работ на ранней стадии проектирования гибких производственных систем.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Разработка подхода к матрично-модельному представлению структурно-компоновочных решений АНС в составе ГПС.
Разработка методологических установок, ориентированных на создание методики автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС, отвечающих заданным требованиям.
Разработка исходных принципов и процедур синтеза матричных моделей, задающих системную (морфологическую и функциональную) организацию АНС.
Формирование специализированного фонда эвристических приемов синтеза структурно-компоновочных решений АНС с использованием элементов псевдофизической логики (временных и пространственных отношений).
Разработка методики автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС на основе их матричных моделей.
Реализация методики автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС в условиях реального производства.
В работе использованы: методология САПР в машиностроении; теория сложных систем; методы системного анализа; элементы теории искусственного интеллекта; теория принятия решений; элементы матричного анализа; опыт создания и использования ГПС и их компонент.
В процессе проведения теоретических и экспериментальных исследований получены следующие новые научно-технические результаты:
Разработан и развит подход к заданию системной организации автоматизированных накопительных систем в составе ГПС на основе их матричных моделей.
Разработаны матричные модели представления структурно-компоновочных решений АНС с динамическими и статическими накопителями, имеющих различные характеристики структурной и функциональной организации.
Разработаны процедуры генерации многообразия альтернативных вариантов структурно-компоновочных решений многоуровневых АНС методом морфологического анализа.
Разработан способ генерации многообразия возможных вариантов структурно-компоновочных решений АНС на основе использования процедур преобразования исходной матрицы-накопителя в блочные матрицы, а также пространственных и временных отношений псевдофизической логики.
Разработана методика автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС, оптимальных по заданному критерию (минимум простоев станков с ЧПУ в составе ГПС, минимум занимаемой производственной площади).
Практическая ценность работы заключается в повышении качества проектных решений и снижении сроков выполнения проектных работ на ранней стадии проектирования за счет разработки и реализации методики автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений.
Результаты диссертационной работы внедрены на ранней стадии проектирования накопителей, отвечающих заданным требованиям на предприятии НИПТИ "Микрон", г. Владимир и проектировании специальных агрегатных станков для изготовления щитов электродвигателей на предприятии ОАО "Владимирский электромоторный завод".
Материалы диссертационной работы неоднократно докладывались и об
суждались: на кафедре информатики и вычислительной техники Владимирско
го государственного университета, а также на научно-технической конферен
ции "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении" (Владимир, 1998);
на 12 международной конференции "Математические методы в технике и
технологиях" (Великий Новгород, 1999); на международной научно-техниче
ской конференции и Российской научной школе молодых ученых и специали
стов "Системные проблемы качества, математического моделирования и
информационных технологий" (Ковров, 1999); на международной научно-
технической конференции "Состояние и перспективы развития
электротехнологии" (Иваново, 1999).
По теме диссертации опубликовано 7 работ, включая 3 статьи и 4 тезиса докладов.
В первой главе проведен анализ объекта проектирования. Проанализированы функции, выполняемые АНС основные компоненты этих систем.
В этой же главе исследованы подходы к решению задач автоматизации проектирования ГПС в машиностроении. Отмечено, что существующие сегодня технологии проектирования ГПС обладают недостатком, заключающемся в том, что многие ошибки обнаруживаются только в результате испытания и эксплуатации ГПС, проанализированы пути устранения этого недостатка. Выявлены основные концепции создания САПР ГПС .
Рассмотрены вопросы синтеза ГПС и их компонент. Приведены примеры создания САПР ГПС и их компонент, а также моделирования материальных потоков В ГПС.
Проанализированы тенденции развития современных производственных систем и САПР, сформулированы и поставлены задачи, решаемые в диссертации.
Во второй главе разработан, развит и в развернутом виде представлен подход к матрично-модельному представлению автоматизированных накопи-
тельных систем, выполняющих функции приема, хранения и выдачи изделий (деталей, инструментов и т.д.) в составе гибких производственных систем.
Предлагаемые матричные модели позволяют имитировать поведение АНС в реальном масштабе времени. На основе этих моделей можно построить научно обоснованную классификацию известных АНС, используемых в автоматизированных технологических системах. Также выявлены признаки системной организации АНС, позволяющие раскрыть закономерности их развития.
Разработаны математические модели одноуровневых АНС с динамическими и статическими накопителями, которые построены на матричном представлении их базовых функциональных элементов.
Решена задача синтеза двух и более уровневых АНС на основе использования метода морфологического анализа. Решение этой задачи позволит значительно расширить многообразие возможных вариантов структурно-компоновочных решений АНС. Наличие такой совокупности решений в сочетании с использованием современных компьютерных технологий позволит решать задачу синтеза структурно-компоновочных решений, отвечающих заданным требованиям, и сократить сроки выполнения проектных работ.
В третьей главе разработана методика автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений АНС, представленная в виде последовательно выполняемых логически упорядоченных и информационно связанных между собой этапов.
В основу предлагаемой методики направленного синтеза положены методологические установки, учитывающие тенденции развития ГПС и подход к матрично-модельному представлению системной (морфологической и функциональной) организации АНС в составе ГПС.
Сформулированы основные требования и критерии оценки эффективности структурно-компоновочных решений АНС на ранней стадии проектирования.
Разработан на базе межотраслевого фонда эвристических приемов специализированный фонд, ориентированный на синтез оптимальных по заданному критерию структурно-компоновочных решений АНС.
Разработан способ генерации многообразия: возможных вариантов структурно-компоновочных решений АНС, в основу которого положены правила и процедуры расчленения исходной (базовой) mxn - матрицы, выполняющей функции несущего каркаса (платформы) АНС, на блочные матрицы, выполняющие функции концептуальных приводов, секций-накопителей, а также временные и пространственные отношения, заимствованные из псавдофизической логики.
В четвертой главе решена задача использования разработанной методики автоматизированного направленного синтеза структурно-компоновочных решений по критерию tnps ~> min, где tnps - суммарное время простоев станков в ожидании обслуживания их АНС в условиях конкретного предприятия. В результате получено новое структурно-компоновочное решение АНС.
Разработан и программно реализован алгоритм имитационного моделирования поведения полученного решения АНС в составе ГНС в реальном масштабе времени. Для проведения имитационного моделирования сформулирован набор исходных данных.
Путем имитационного моделирования в реальном масштабе времени исследовано поведение АНС в широком диапазоне возможных изменений времени обработки деталей, времени поворота накопителя и числа ячеек в накопителе (емкости накопителя), в результате чего установлено влияние на простои станков номенклатуры обрабатываемых деталей (диапазона изменения времени обработки деталей в запускаемой партии), времени выполнения операции загрузки и выгрузки деталей со станка и количества ячеек в накопителе АНС. В результате исследований, проверена работоспособность предлагаемой методики, а также установлено, что предлагаемое структурно-компоновочное peine-
ниє АНС позволяет снизить простои станков в составе ГПС по сравнению с известными решениями АНС.
Основные подходы к автоматизации проектирования ГПС
Проектирование ГПС является сложным многоэтапным процессом. Построение процесса проектирования ГПС на основе САПР является важнейшим требованием сегодняшнего дня.
С развитием САПР в машиностроении связывают решение его главнейшей задачи - кардинального сокращения сроков создания новой техники, воплощающей прогрессивную технологию, многократно повышающей производительность труда и обладающей более высокой надежностью и более низкой материалоемкостью по сравнению с существующими машинами [10].
Существует несколько концепций создания САПР, наиболее распространенными из них являются полностью автоматические САПР и человеке машинные системы. В результате предыдущих исследований по САПР сложных систем показано, что автоматическое проектирование ГПС в обозримом будущем не представляется возможным ввиду гетерогенности и многосвязно-сти процесса проектирования, большого числа неопределенных факторов, учет которых требует творческих способностей человека. Человеко-машинные системы автоматизации строятся на различных концепциях: разработка и внедрение САПР "сверху" как готовой системы вместо существующей традиционной системы проектирования; организация САПР только для информационного обслуживания проектировщика; создание САПР для выполнения только расчетных работ или только конструкторских работ [85].
САПР может быть реализована как жесткая законченная система "под ключ" или как гибкая программируемая система. САПР первого типа - это законченный комплекс технических средств и программного обеспечения, в котором программное обеспечение согласовано с языком программирования, с применяемой ЭВМ, с объемами оперативной и внешней памяти, с графическими внешними устройствами и операционной системой. Под гибкой программируемой системой обычно подразумевается программное обеспечение САПР, которое может функционировать на различных ЭВМ с разной конфигурацией [94].
Исходная информация на проектирование, как правило, определяет проектируемый объект неоднозначно. Обычно существует несколько различных вариантов, отвечающих основным требованиям, но отличающихся по степени удовлетворения разным дополнительным требованиям. От организации принятия проектных решений зависит в конечном счете как качество проектируемых объектов, так и эффективность системы в целом [2].
Разработка методического обеспечения САПР технологических систем начинается с: анализа задачи проектирования, разбиения ее на части и выбора стратегии автоматизированного проектирования. Каждая частная задача должна быть представлена в виде системной модели, определяющей связи проектируемого объекта как с дрзтими элементами системы, так и с внешней средой [90].
Под синтезом понимается построение описания системы по заданному закону функционирования. Различают два вида синтеза: структурный синтез - получение структурных схем объекта, содержащих сведения о составе элементов и способах соединения их между собой; параметрический синтез - определение числовых значений параметров элементов [91].
Оптимизация - это синтез, при котором определяются наилучшие в заданном смысле структуры и значения параметров. Различают следующие методы структурной оптимизации (синтеза): методы отсечения, комбинаторные и приближенные методы. Синтез технических объектов нацелен на создание новых вариантов, а анализ используется для оценки этих вариантов, то есть синтез и анализ выступают в процессе проектирования в диалектическом единстве. При синтезе заранее заданы допустимый набор используемых элементов, возможные правила их соединения между собой и способы определения по синтезированной структуре объекта функции, которые он реализует [91].
Чтобы определить функции и структуры ГПС (или ее компонент) необходимо пройти взаимосвязанные этапы: составить задачу функционирования ГПС; выбрать алгоритм решения; сформировать общую структуру ГПС и распределить задачи функционирования по уровням системы; скомпоновать комплекс технических средств ГПС и ее подсистем [85].
Наиболее важной задачей, решаемой в процессе проектирования ГПС и их подсистем, является синтез комплекса технических средств системы. В его состав входят следующие функционально законченные устройства: станки, накопители, промышленные роботы и др. [20, 85].
Матричные модели АНС с динамическим накопителем
Матричные модели с циклическим накопителем. На рис. 2.1.1, а представлена накопительная система состоящая из накопителя 1, выполненного в виде диска и автооператора 2. Накопитель вращается вокруг вертикальной оси. Ячейки с изделиями 1- -4 расположены на периферии торцевой поверхности накопителя, вместимость (число ячеек) которого q = 4. В процессе функционирования накопительной системы перемещение требуемой ячейки в зону приема и выдачи изделия (зону расположения автооператора 2) достигается за счет поворота накопителя 1 по часовой стрелке на соответствующее число шагов. В данном случае функции поиска адреса ячейки выполняет нереверсивный накопитель 1, а автооператор 2 - функции приема и выдачи изделия (инструмента, детали). Исходное состояние накопителя (см. рис. 2.1.1, а) задается (1 х q) - матрицей (матрицей - строкой): Ответственно; д, е - линейные многорядные горизонтальной и вертикальной соответственно Элементам 1-й матрицы соответствуют номера ячеек накопителя. В исходном состоянии накопителя каждой ячейке соответствует вполне определенный адрес (координаты) ее расположения. Эти адреса представлены в виде строки чисел І4-4, расположенной над матрицей Н j . Повороту накопителя на один шаг по часовой стрелке соответствует умножение справа матрицы исходного состояния Н і на циклическую матрицу С: Для поворота на два шага матрицу Н1\ необходимо умножить дважды на циклическую матрицу С: Умножая матриц} Hlj справа к раз на С получим матричную модель накопительной системы с нереверсивным накопителем: При k=q накопитель возвращается в исходное состояние: В ряде случаев с целью сокращения времени поиска заданного адреса ячейки накопитель (магазин инструментов) имеет возможность поворота как по часовой, так и против часовой стрелки. Матричная модель системы с реверсивным накопителем имеет вид : где it і - текущее состояние накопителя, к є {1, 2, ..., q - 1};С - транспонированная циклическая матрица, С = СТ; Ь, к2 - число шагов поворота накопителя по часовой (или против) стрелке; Ф - операция строго разделительной дизъюнкции, т.е. исключающего "или" [62]. Символ Ф указывает на то, что матрица текущего состояния iti умножается справа либо kj раз на циклическую матрицу С, либо к2 раз на транспонированную матрицу С. Наличие реверсивного накопителя в составе АНС позволяет выбирать кратчайший путь его перемещения при переходе из / - го состояния в j - е состояние ( i, j - номера ячеек, находящиеся в различные моменты времени в зоне приема и выдачи изделия). Правила выбора кратчайшего пути перемещения и направления поворота накопителя определяются соотношением 1 к + ki q. При повороте накопителя против часовой стрелки на к2 шагов его новое состояние определяется следующим образом : к к2= FtC 2 = t k2; k2 = q HkCfc2 = Hk. При вращении накопителя вокруг горизонтальной оси и расположении ячеек с изделиями в вертикальной плоскости (рис. 2.1.1, б) исходное состояние накопителя задается (q х 1) - матрицей (матрицей - столбцом) Н1 2:
Формирование специализированного фонда эвристических приемов синтеза структурно-компоновочных решений АНС
При выполнении проектных работ в различных областях инженерной деятельности в процессе поиска рациональных технических решений используются эвристические приемы, сформировавшиеся в процессе конструкторской и изобретательской деятельности. Способы решения творческих инженерных задач, открытые различными изобретателями, собирались и обобщались. Именно на этих свойствах основывается методика эвристических приемов, которая в методически доступной форме интегрирует опыт многих изобретателей [62].
Под эвристическим методом понимается последовательность предписаний или процедур обработки информации, выполняемая с целью поиска наиболее рациональных, новых технических решений [62]. Реализация такой последовательности не дает гарантии нахождения наилучшего решения. Эвристические методы целесообразно использовать в тех случаях, когда другие методы оказываются менее эффективными. Такие методы, как правило, содержат процедуры обработки информации, которые либо трудно, либо вовсе невозможно запрограммировать или нецелесообразно использовать ЭВМ. Эти процедуры, выполняемые человеком, называют эвристиками. Они представляют собой предписания, направленные на решение проблемных задач в условиях дефицита информации.
"Эвристика" - в широком смысле - наука о творчестве; в узком, более современном, - теория и практика организации избирательного поиска при решении сложных интеллектуальных задач. Эвристики не сводятся к формальным правилам, они включают в себя мотивационно-эмоциональные процессы, обеспечивающие избирательность поиска у человека [31],
Эвристическими приемами называют способы и правила решения творческих инженерных задач, в которых содержится краткое предписание или указание "как преобразовывать" имеющийся прототип или "в каком направлении нужно искать", чтобы получить искомое решение. Эвристический прием обычно не содержит прямого однозначного указания, как преобразовывать прототип. Эвристический прием содержит "подсказку", которая облегчает получение искомого решения, однако не гарантирует его нахождения [70].
Эвристические приемы с одной стороны описывают пространство переменных и отвечают на вопрос "что изменять" в рассматриваемом техническом решении, а с другой стороны описывают способ изменения переменных и отвечают на вопрос "как применять". По сравнению со стихийным методом и методом проб и ошибок эвристический прием обеспечивает значительно большую вероятность нахождения рациональных, удачных решений.
В работе [62] приведен обобщенный межотраслевой фонд эвристических приемов и дана их характеристика. Этот фонд разбит на 15 групп. Значительный интерес представляет создание фонда, ориентированного на определенный класс задач. Такой фонд приемов вместе со вспомогательными информационными и методическими средствами образует специализированный метод эвристических приемов.
В данной работе ставится и решается задача разработки методики эвристических приемов, ориентированной на поиск удовлетворяющих заданным требованиям структурно-компоновочных решений автоматизированных нако пителъных систем в составе ГПС, Разработка и использование преследует следующие цели: повышение качества принимаемых структурно-компоновочных решений АНС в составе ГПС; уменьшение трудоемкости проектирования; сокращение сроков выполнения проектных работ. Разработке специализированной методики эвристических приемов, ориентированной на поиск новых структурно-копмоновочных решений АНС, должно предшествовать изучение специфики АНС, тенденций их развития и взаимосвязи с другими компонентами АТНС и ГПС в целом. Основной принцип построения специализированной методики заключается в выборе из межотраслевого фонда наиболее эффективных эвристических приемов, обеспечивающих более или менее интересные структурно-компоновочные преобразования рассматриваемой АНС. Все рекомендуемые к включения в специализированный фонд эвристические приемы разбиваются на две группы [62]: инвариантные приемы, которые практически могут быть включены в любой специализированный фонд; дополнительные приемы, выбираемые из оставшихся приемов с учетом специфики решаемого класса задач и на основе экспериментальной их проверки или экспертной оценки их применения. Формирование специализированного фонда эвристических приемов выполняется в следующей последовательности: 1-й этап. Анализ функций, выполняемых АНС. Выявление основных функциональных элементов АНС. 2-й этап. Уяснение сущности системной (морфологической и функциональной) организации АНС. Выявление основных признаков структурно-компоновочных решений этих систем. 3-й этап. Выбор подходящих эвристических приемов из межотраслевого Фонда [62] для включения их в специализированный фонд. 4-й этап. Построение пространственных и временных отношений - специализированных эвристических приемов синтеза структурно-компоновочных решений АНС. Описание и Ьиксация (перечисление) специализированных эвристических приемов преобразования структурно-компоновочных решений прототипа АНС. 1-й этап. Анализ функций автоматизированной накопительной системы и ее элементов. В основу анализа функций АНС положен принцип выделения и рассмотрения структур с двухуровневой иерархией: любую техническую систему можно разделить на несколько конструктивных элементов, выполняющих вполне определенные функции по обеспечению работы АНС в целом. При этом рассматриваемая система представляет собой верхний уровень, а выделенные элементы - нижний. При более глубоком анализе каждый из выделенных элементов нижнего уровня может рассматриваться как самостоятельная система, которую можно расчленить на несколько функциональных элементов и т.д. Под функциональными элементами АНС подразумеваются узлы. Сложные узлы можно разделить на более простые подузлы, которые в свою очередь можно разделить еще на более простые подузлы и т.д. [62]
Определение времени простоев станков путем имитационного моделирования АНС
Определить суммарное время простоев станков Cmj и Crti2 позволяет имитационное моделирование, для чего необходимо: разработать алгоритм работы трехсекционной АНС с дифференцированным потоком заготовок и интегриронным потоком деталей; программно реализовать разработанный алгоритм; провести имитационное моделирование АНС с различным числом ячеек в секции накопителя; провести имитационное моделирование АНС при различном времени загрузки-выгрузки; провести имитационное моделирование накопительной системы при различной номенклатуре заготовок (для определения степени гибкости АНС); проанализировать полученные экспериментальные данные по критерию tnpS — тіш; на основе результатов анализа выбрать оптимальную конфигурацию АНС по критерию tnf - min. Алгоритм, имитир}тощий работу АНС, разрабатывается на основе ее матрично-модельного представления. Морфологическая организация накопителя задается с помощью системы матриц: Я Модель накопителя выглядит следующим образом: 7 гп./ і Заготовки загружаются автооператором S3 в секции Н,3 и Н2з накопителей, находящиеся в зоне обмена с внешней средой. Затем эти секции перемещаются в зоны работы станков Cm і и Ст2 соответственно, После этого автооператор S3 загружает заготовки в секции Н}3 и Н23, которые оказываются в зоне обмена с внешней средой.
По мере того как из каком-либо из накопителей Hi и Н2, последняя (п-ш) заготовка перемещается автооператором на станок и он начинает ее обрабатывать, накопитель Н] (Н2) совершает поворот на 120 по (против) часовой стрелке, что исключает простои станков во время поворота накопителей. Обработанные детали выгружаются автооператорами Sj и S2 соответственно в ячейки секций Нзі и Нз2- В том случае, когда секция Н3} полностью занята обработанными деталями она перемещается в зону обмена с внешней средой для разгрузки, тогда в зоне станка Cm і оказывается не полностью заполненная секция Н32, а в зоне работы станка Ст2 оказывается свободная от деталей секция Нзз.
Аналогичные действия происходят в случае, когда заполнена секция Нз2, тогда в зоне работы станка Cm і оказывается пустая секция Нзз, а в зоне станка Ст2 не полностью заполненная секция Н31, Здесь простои станков Ст} и Ст2 могут возникнуть в случае, когда возникает необходимость выгрузки готовой детали во время поворота накопителя Н3. В случае, когда секции Н2і и Н32 заполняются одновременно, то в зону работы станка Ст} перемещается пустая секция Н33, а в зону станка Ст2 заполненная секция Нзі и если время обработки заготовки станком Ст2 меньше времени двойного поворота накопителя Н3 на 120 и времени разгрузки автооператором секции Нз2 возникают простои этого станка в ожидании выгрузки обработанной детали. Незадействованные секции Н12 и H2j находят применение в том случае, когда обрабатываются как на каждом из станков Cmj и Ст2 в отдельности, так и последовательно сначала на одном из них, потом на другом. Наличие секций Hi2 (H21) позволяет оперативно передавать деталей ранее обработанных на станке Сіті] (Ст2) на станок Ст2 (Сто Для дальнейшей обработки. При разработке алгоритма приняты следующие установки: время загрузки секции накопителя заготовками меньше времени обработки станком этих заготовок; в процессе функционирования системы перегрузочные устройства совершают сначала движение вверх (вниз) до заданной секции, а уже затем осуществляют в ней поиск ячейки с заданным адресом (такое условие необходимо для того, чтобы движения автооператоров не мешали поворотам других секций накопителя).
