Введение к работе
Актуальность исследования
Высокая степень автоматизации и роботизации производственных систем, широкое использование микропроцессоров является основной тенденцией развития производства в машиностроении. Широкое внедрение в производство станков с программным управлением, промышленных роботов, гибких производственных систем (ГПС) вызвано ростом мелкосерийного и серийного производства, расширением номенклатуры выпускаемой продукции, сокращением цикла обновления изделий. Таким образом, использование в производстве ГПС дает возможность интенсифицировать производство мелкосерийной многономенклатурной продукции и придать ему характер массовости по производительности и использованию оборудования. Работы, выполненные Схиртладзе, Полетаевым, Норенковым и другими авторами позволили создать достаточно четкую картину использования ГПС в современной промышленности.
Создание современных ГПС невозможно без четкого обеспечения выполнения технологического процесса (ТП), то есть без создания системы управления ГПС и систем их функциональной диагностики. Разработка и создание современных систем управления ГПС является актуальной задачей в связи с внедрением в промышленное производство автоматизированных технологических комплексов.
Структура ГПС имеет явно выраженную иерархию, поэтому при построении систем управления взаимодействие подсистем ГПС осуществляется через центральную управляющую ЭВМ. При построении алгоритмов управления функционированием подсистем, как правило, используются эвристические методы. Сложность построения систем управления ГПС значительно возрастает, если учитывать параллелелизм в работе подсистем. В настоящее время СУ используют в работе псевдопараллелизм, основанный на высоких скоростях современных ЭВМ.
Таким образом, существует ряд проблем, связанных с увеличением числа компонентов системы и параллелизмом функционирования этих ком-
понентов во времени.
В связи с этим целью настоящих исследований является разработка принципов построения СУ ГПС на основе имитационной модели, встраиваемой в контур СУ, методом экстраполяции путем представления компонентов ГПС в виде последовательно-параллельного взаимодействия.
При реализации поставленной цели решены следующие задачи:
разработан математический аппарат для построения формального описания функционирования системы управления ГПС с параллельно функционирующими компонентами;
разработаны метод и алгоритмы анализа ГПС как объекта с параллельно функционирующими компонентами;
разработана имитационная экстраполирующая модель СУ ГПС, которая содержит информацию об имеющих место параллельно функционирующих компонентах системы;
разработана блок-схема СУ ГПС на основе имитационной экстраполирующей модели.
Научная новизна работы определяется разработкой и реализацией новых подходов к решению проблем создания систем управления ГПС и заключается в следующем:
дано математическое представление системы управления ГПС в виде параллельно функционирующих компонентов, каждый из которых может быть описан графом Бержа;
предложен способ задания графа, описывающего функционирование компонентов ГПС, с помощью матрицы инцидентора, позволяющей исклюю-чить изоморфизм при проведении операций над графами, что исключает неоднозначность принимаемых решений в процессе управления ГПС;
разработаны методы анализа и синтеза формального описания функционирования системы управления ГПС путем выделения компонентов объекта, осуществляющего ТП, выделения технологии их взаимодействия и на ее базе построения операции композиции;
разработаны принципы построения системы управления ГПС на основе имитационной экстраполирующей модели, позволяющей проектировать системы управления ГПС различных уровней сложности,
эффективно функционирующих при широком диапазоне изменения параметров ГПС.
Практическая ценность заключается в следующем:
- разработана методика для проектирования систем управления ГПС на
основе экстраполирующих моделей, дающая возможность контроля и
диагностирования всего объекта в целом, а не отдельных блоков
(параметров);
разработаны алгоритмы для построения имитационной экстраполирующей модели системы управления ГПС и на их базе создана программа, позволяющая уменьшить время принятия решений в процессе управления;
разработана блок-схема системы управления ГПС на основе имитационной экстраполирующей модели, которая может быть использована одновременно как для контроля, так и для диагностики объекта.
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы в госбюджетной научно-исследовательской работе «Определение критериев оптимизации систем управления нелинейными объектами с учетом предельных состояний» (№ гос. регистрации 35-53/439-04), выполненной в Волгоградском государственном техническом университете в 2005-2009 г.
Результаты исследования используются в учебном процессе на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» ВолгГТУ по направлению 657800 (151000) - «Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств» и специальностям 151002.65 -«Металлорежущие станки и комплексы» и 151003.65 - «Инструментальные системы машиностроительных производств. Материалы диссертационной работы были использованы при подготовке бакалавров по специальности 2202000 - «Автоматизация и управление» на кафедре «Автоматизация производственных процессов» ВолгГТУ. Разработанная в диссертационной работе методика проектирования системы управления ГПС была рассмотрена специалистами ОАО "ВНИИТМАШ" и признана целесообразной для применения при разработке системы управления ГПС по изготовлению пружин.
Достоверность результатов исследования обусловлена строгой аналитической аргументацией теории множеств, теории графов, логики предикатов, выполненной на ЭВМ программой на языке «Delphi» на основе методов имитационного моделирования.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
Метод формального описания функционирования системы управления ГПС, как объекта с параллельно функционирующими компонентами.
Разработка имитационной модели системы управления ГПС в виде композиции графов с использованием метода экстраполяции.
Метод и алгоритмы анализа системы управления ГПС как объекта с параллельно функционирующими компонентами.
Метод и алгоритм синтеза системы управления ГПС как объекта с параллельно функционирующими компонентами с использованием экстраполирующей модели.
Апробация результатов. Результаты исследования докладывались на семинарах кафедры «Вычислительная техника» ВолгГТУ (2008-2009гг.), на 43-й научной конференции ВолгГТУ (2006г), на IV и V Международной технической конференции «Балттехмаш» (2004г. и 2006г.), на Второй Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосбере-жение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов» (2008г.).
Личный вклад автора заключается в проведении следующих этапов:
Разработана методика и алгоритмы построения модели СУ ГПС в виде композиции графов, описывающих компоненты системы.
Разработана методика и алгоритмы задания операции композиции в виде таблиц совместимости, как части технологического процесса ГПС.
Показана возможность получения на той же модели обратных причинно-следственных связей, позволяет определить процесс диагностирования причин возникновения сбоев и аварий.
Разработано программное обеспечение построения экстраполирующей модели СУ ГПС, в которую введен алгоритм коррекции, позволяющий вносить коррективы в работу модели.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ в виде научных статей, 3 из которых входят в список ВАК, и одно учебное пособие. Список работ приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка используемой литературы и приложений, содержит 58 рисунков. Общий объем диссертации 169 стр. Список используемой литературы содержит 92 наименования.
