Введение к работе
Актуальность работы. В состав сложных производственных комплексов (СПК) входят сменные взаимозаменяемые элементы (СВЭ), предназначенные для использования на различных рабочих местах и многократно проходящие циклы эксплуатации и восстановления работоспособности. Такими элементами в технических системах могут быть подсистемы, узлы оборудования, рабочие органы, инструмент и т.п. Стоимость СВЭ обычно весьма высока, а связанные с ними затраты составляют значительную долю себестоимости производимой продукции. Продолжительность службы СВЭ существенным образом зависит как от их индивидуальных характеристик, так и от условий эксплуатации, в частности от маршрута движения по различным рабочим местам СПК. Количество (парк) одновременно эксплуатируемых элементов, например для прокатных станов, машин непрерывного литья заготовок, оборудования доменного производства, может достигать сотен, а число циклов эксплуатации и восстановле-ния—десятков. Организация надежного слежения и, тем более, эффективного управления движением СВЭ по местам эксплуатации вызывает существенные трудности. Поэтому актуальной является разработка методов автоматизированного управления эксплуатацией СВЭ высокопроизводительных СПК.
Промышленная реализация этих методов позволит обеспечить увеличение срока службы и сокращение парка сменных взаимозаменяемых элементов, снижение связанных с ними затрат и себестоимости производимой продукции.
Цель работы. Разработка эффективных методов управления эксплуатацией сменных взаимозаменяемых элементов оборудования и реализация разработанных методов в системе автоматизированного управления высокопроизводительным производственным комплексом.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: разработка структуры и методики синтеза обобщенных моделей износа сменных
взаимозаменяемых элементов; проверка адекватности синтезируемых моделі износа; разработка на их основе метода определения оптимальных вариант расстановки СВЭ по местам эксплуатации для последующих циклов работ СПК (решение задачи позиционирования); разработка метода формирован! рабочих комплектов взаимозаменяемых элементов из наличного парка на ел дующий цикл эксплуатации (решение задачи комплектования); разработка м тода определения маршрутов движения сменных элементов по местам эксплу тации на заданный период эксплуатации (решение задачи маршрутизація проверка работоспособности и реализация разработанных методов в систеї управления действующим производственным комплексом.
Методы исследования опираются на системный подход к автоматиз ции технологических процессов и производств, на теорию математическої моделирования, математического программирования и включают применеш метода наименьших квадратов с ограничениями (МНКО), метода линейно] программирования, нелинейных методов оптимизации, в том числе с целочи ленными переменными.
Научная новизна. Разработана методика управления эксплуатации сменного взаимозаменяемого оборудования, ориентированная на использов ние в системах управления сложными производственными комплексами. М тодика предусматривает: построение статистическими методами по выборо ным эксплуатационным данным обобщенной математической модели изної сменных элементов на различных местах эксплуатации, позволяющей пропи зировать службу элементов при различных расстановках; определение опті мальных расстановок элементов по местам эксплуатации для последующа циклов работы комплекса; оптимальное формирование комплектов и маршр; тов движения сменных элементов по местам эксплуатации для наличного парі на весь период эксплуатации, обеспечивающих максимальное использоват потенциального ресурса оборудования.
Разработанный метод предусматривает возможность использования обобщенных моделей износа как линейной, так и нелинейной структуры, что обеспечивает достижение требуемой адекватности для различных практических ситуаций и типов производственных комплексов. Построение моделей по выборочным эксплуатационным данным в зависимости от принятой структуры предлагается осуществлять при линейной структуре - методом наименьших квадратов с ограничениями; при нелинейной структуре - методами нелинейной оптимизации. Предложена модификация метода наименьших квадратов с ограничениями, обеспечивающая уменьшение объема вычислений и адаптированная к использованию в промышленных системах управления.
Определение оптимальных вариантов расстановки сменных взаимозаменяемых элементов по местам эксплуатации для последующих циклов работы осуществляется методом линейного программирования по критерию максимального выпуска продукции на их наличном парке. Задачи комплектования и выбора маршрутов движения элементов по местам эксплуатации решаются совместно; общая задача сформулирована как задача нелинейного целочисленного программирования по критерию максимального использования потенциального ресурса элементов на заданный период работы комплекса (минимизации суммарного неиспользованного ресурса элементов).
Практическая ценность. Разработанный метод позволяет синтезировать эффективные алгоритмы управления и на их основе - программное обеспечение для автоматизированных систем управления эксплуатацией оборудования сложных производственных комплексов.
Предлагаемые математические методы и модели реализованы в виде набора программных продуктов, которые могут использоваться в качестве функциональных модулей при решении задач исследования и моделирования промышленных объектов и, в первую очередь, в системах управления сложными производственными комплексами. Предложенные подходы, в частности, используются при разработке автоматизированной системы управления валковым
хозяйством (АСУ "ВАЛКИ") листопрокатного производства (ЛПП) А "Новолипецкий металлургический комбинат". Результаты расчетов подтве ждают обоснованность положенных в основу разработанного метода принці пов.
Предлагаемый метод может быть применен к организации управлені эксплуатацией разнообразных СІЖ, использующих СВЭ, в том числе для мн гоклетьевых прокатных станов, машин непрерывного литья заготовок, ко шей - чугуновозов к др. Эффект от использования алгоритмов управления, п> строенных на основе предложенного метода, тем больше, чем выше стоимос и больше количество эксплуатируемых элементов. Например, оценка для усл> вий ЛПП АО "НЛМК", где парк сменных элементов охватывает валковое хі зяйство пятиклетьевого и двух дрессировочных станов 2030, показывает, ч-ожидаемый годовой экономический эффект от увеличения сроков служб СВЭ на 8-22% может достичь 1,5-4,0 млн. р., в ценах начала 1998 г.
Апробация работы. Положения работы доложены и обсуждены на обл стной научно-практической конференции "Изобретательское и инновационні творчество в решении развития Липецкой области" (Липецк, 1996 г.); на меэ государственной научно-технической конференции "Проблемы развития м таллургии Урала на рубеже XXI века" (Магнитогорск, 1996 г.); на 2-ой Респу ликанской научной конференции "Современные проблемы информатизацш (Воронеж, 1997 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы в научно-техническі журналах и сборниках научных трудов опубликовано 6 статей и тезисов докл дов.
Структура н объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, би лиографического списка из?.1) наименований, выводов и -Ь приложений, а та же «э рисунков и '2 таблиц; общий объем работы составляет/^ с.