Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния проблемы разработки метода адаптации технологических процессов изготовления деталей в многономенклатурном производстве к текущему состоянию технологических систем производственных участков 16
1.1 Анализ информационных моделей технологических процессов изготовления деталей в многономенклатурном производстве 19
1.2 Анализ систем автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления деталей 42
1.3 Эффективность систем оперативного управления производством 47
1.4 Выводы 60
1.5 Цель и задачи работы 62
ГЛАВА 2. Информационные связи между технологическими и производственными решениями 64
2.1 Выявление и изучение связей комплексного взаимодействия процессов разработки технологических процессов изготовления унифицированных деталей в многономенклатурном производстве и разработки производственного расписания 64
2.1.1 Проблемы оптимизации производственно-технологических решений в многономенклатурном производстве 64
2.1.2 Производственный и технологический подходы к формированию структуры технологического процесса 71
2.2 Формирование гибких информационных связей технологического процесса и технологической системы процесса 78
2.2.1 Анализ существующих информационных связей технологического процесса и технологической системы процесса 78
2.2.2 Задание информационных связей технологического процесса и технологической системы процесса в виде требований 83
2.2.3 Семантическая модель виртуальных технологических процессов .86
2.3 Балансировка производственных мощностей технологической системы производственного участка 100
2.4 Выводы 107
ГЛАВА 3. Комплексные аналитические решения формирования производственно-технологических решений для изготовления деталей
3.1 Семантическая модель адаптации ТП ПО
3.1.1 Семантическая модель структуры информационной модели технологического процесса 114
3.1.2 Операционный модуль технологического процесса 117
3.2. Аналитические решения формирования базового производственно технологического решения 123
3.2.1 Математическая модель базового производственно технологического решения 123
3.2.2 Разработка требований для определения множества альтернативных приспособлений 126
3.3 Аналитические решения формирования настроенного производственно-технологического решения 140
3.4 Выводы 158
ГЛАВА 4. Информационная модель технологической системы операции, предназначенная для информационной поддержки формирования производственно технологических решений для изготовления деталей 161
4.1 Информационная модель технологической системы операции, определяющая её технически возможную гибкость и, предназначенная для информационной поддержки формирования базового производственно-технологического решения изготовления детали 165
4.2. Информационная модель технологической системы операции, определяющая её текущее состояние и, предназначенная для информационной поддержки формирования настроенногопроизводственно-технологического решения изготовления детали 173
4.3 Выводы 190
ГЛАВА 5. Повышение производительности участка фрезерных станков путём адаптации технологических процессов изготовления программы запуска к его текущему состоянию 192
5.1 Формирование базовых производственно-технологических решений для изготовления деталей программы запуска 194
5.2 Адаптация технологических процессов изготовления программы запуска к текущему состоянию технологической системы участка фрезерных станков 201
5.3 Выводы 216
ГЛАВА 6. Разработка практических рекомендаций для информационного согласования программно методических комплексов систем проектирования технологических процессов и оперативно-календарного планирования 217
6.1 Концепция информационного взаимодействия программно методических комплексов САПР ТП и MES-систем для адаптации
технологических процессов 218
6.2 Выводы 242
Общие выводы и результаты работы 243
Список литературы
- Анализ систем автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления деталей
- Проблемы оптимизации производственно-технологических решений в многономенклатурном производстве
- Операционный модуль технологического процесса
- Адаптация технологических процессов изготовления программы запуска к текущему состоянию технологической системы участка фрезерных станков
Введение к работе
Актуальность темы. Современное машиностроение характеризуется частой сменой номенклатуры выпускаемых деталей, при производстве которых предъявляются жесткие требования к снижению их производственного цикла. Постоянные изменения состояния технологической системы (ТС), недостаточная синхронизация и сбои материальных потоков в производственной логистической системе приводят к значительным непродуктивным потерям времени, увеличивающим производственный цикл. Одним из перспективных путей снижения производственного цикла изготовления деталей в многономенклатурном производстве является сокращение организационных простоев ТС операций путём обеспечения равномерного распределения технологических переходов в соответствии с текущим состоянием ТС участков.
В настоящее время решение задач распределения доступных производственных ресурсов между «конкурирующими» операциями технологических процессов (ТП), а также выбор ТП изготовления конкретной детали из установленного перечня альтернативных в соответствии с заданными критериями оптимизации осуществляется на основе использования систем оперативного управления производством.
Системы оперативного управления производством имеют развитый математический аппарат, основанный на использовании теории графов, теории множеств, теории расписаний, сетей Петри. Как показывает анализ, применительно к многономенклатурному производству эти методы имеют ряд существенных ограничений. Эффективность их применения сдерживается отсутствием возможности оперативного перераспределения технологических переходов по технологическим системам операции, то есть изменения структуры операций ТП изготовления установленной партии запуска с целью сокращения организационных простоев ТС операции.
Одной из причин является отсутствие теоретических основ и метода адаптации ТП к текущему состоянию ТС участков.
В многономенклатурном производстве ТС участка является вероятностной системой, спрогнозировать ее состояние на стадии технологической подготовки производства (ТПП) при разработке ТП не представляется возможным. Поэтому ТП разрабатываются без учёта возможного состояния ТС участков на момент их выполнения.
Выполнить наладку ТС участков в соответствии с требованиями ТП, а также обеспечить равномерную загрузку ТС операций в конкретный момент времени часто не удаётся. Вследствие чего выполнение производственного задания приходится откладывать либо изменять соответствующие операции ТП изготовления номенклатуры запуска. Существующие информационные модели (ИМ) ТП не предназначены для оперативного изменения структуры операций ТП. Изменение ТП требует значительных затрат времени, которые оказывают значительное влияние на продолжительность производственного цикла изготовления деталей. Временные потери являются непродуктивными потерями производственного цикла и подлежат минимизации. Эффективным направлением снижения производственного цикла является обеспечение возможности оперативного изменения ТП на стадии оперативно-календарного планирования в соответствии с текущим состоянием ТС производственных участков при неизменном обеспечении требуемого качества деталей.
В связи с вышесказанным актуальной проблемой является разработка метода адаптации технологического процесса к текущему состоянию технологической системы производственного участка.
Цель работы.
Повышение производительности производственных участков в многономенклатурном производстве путём адаптации технологических процессов изготовления установленной программы деталей к их текущему состоянию.
Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:
1. Выявить связи между технологическими и производственными решениями, определяющими непродуктивные потери времени изготовления установленной программы запуска в многономенклатурном производстве, обусловленные изменениями состояний технологических систем производственных участков.
2. Установить аналитические закономерности адаптации технологических процессов изготовления деталей в многономенклатурном производстве к текущему состоянию технологической системы производственного участка путём оперативного изменения структур операций технологических процессов.
3. Разработать математическую модель базового производственно-технологического решения изготовления детали в многономенклатурном производстве, предназначенную для оперативного изменения структуры технологического процесса в соответствии с текущим состоянием технологической системы производственного участка.
4. Разработать метод адаптации технологических процессов изготовления деталей в многономенклатурном производстве, обеспечивающий возможность оперативного формирования структуры ТП.
5. Разработать информационную модель технологической системы операции, определяющую её технические возможности и текущее состояние и предназначенную для информационной поддержки формирования производственно-технологических решений изготовления деталей.
6. Разработать практические рекомендации по информационному и организационно-методическому согласованию процесса адаптации технологических процессов изготовления деталей машиностроения с программно-методическими комплексами систем оперативно-календарного планирования.
Объектом исследования является комплексное взаимодействие процесса разработки технологических процессов изготовления деталей общемашиностроительного применения в многономенклатурном производстве и процесса разработки производственного расписания.
Предметом исследования являются детали общемашиностроительного применения, изготавливаемые преимущественно механической обработкой с использованием универсальных и специализированных средств технологического оснащения, в том числе и с числовым программным управлением.
Методы исследований.
В качестве научной базы для исследований использованы основные положения технологии машиностроения.
Теоретические исследования проводились на базе основных положений и методов обеспечения требуемого качества при производстве деталей машиностроения, а также основных положений научной организации машиностроительного производства.
Для разработки математических и информационных моделей использовались: теория графов, теория множеств, методы формализации, алгоритмизации, математического и компьютерного моделирования, метод имитационного моделирования.
На защиту выносятся:
– Решение крупной научно-технической проблемы – повышение производительности производственных участков в многономенклатурном производстве путём адаптации технологических процессов изготовления установленной программы деталей к их текущему состоянию.
– Аналитические закономерности адаптации технологических процессов изготовления деталей к текущему состоянию технологической системы производственного участка.
– Метод адаптации технологических процессов изготовления деталей в многономенклатурном производстве путём формирования структур операций технологических процессов на стадии оперативно-календарного планирования.
– Математическая модель базовых производственно-технологических решений изготовления деталей в многономенклатурном производстве, предназначенная для адаптации технологических процессов изготовления деталей к текущему состоянию технологических систем производственных участков.
– Информационная модель технологических систем операции, предназначенная для информационной поддержки адаптации технологических процессов к текущему состоянию технологической системы участка.
Связь с научно-техническими программами. Исследования проводились при финансовой поддержке из средств гранта на 2009-2010 годы, полученного по программе «УМНИК» по теме «Разработка теоретических и методических основ построения технологических систем наукоемкого машиностроения» (проект № 10123); при финансовой поддержке из средств Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» на 2007-2011 годы по теме «Разработка и внедрение системы автоматизированной технологической подготовки сложного машиностроительного производства» (государственный контракт № 9411.1003702.05.015 от 29.09.2009, шифр «АСУ ТП»), по теме «Создание экспертной системы для поддержки процессов автоматизированного проектирования производственных участков и цехов крупных машиностроительных предприятий» (государственный контракт № 9411.1003702.05.049 от 02.12.2009, шифр «Цех»).
Научная новизна работы заключается в:
– Выявленных информационных связях между технологическими решениями, формируемыми на стадии технологической подготовки производства, и производственными решениями, формируемыми на стадии оперативно-календарного планирования на основе технологических решений.
– Методе адаптации технологических процессов изготовления деталей в многономенклатурном производстве, основанном на формировании структуры операций технологических процессов из ранее определённого множества взаимосвязанных операционных модулей и выбора технологических систем операции для их выполнения из множества альтернативных.
– Математической модели и алгоритме формирования базовых производственно-технологических решений для изготовления деталей в многономенклатурном производстве, которые определяют область существования альтернативных технологических процессов.
– Информационной модели технологических систем операции, предназначенной для адаптации технологических процессов изготовления деталей и содержащей структуры данных, определяющие её технические возможности и текущее состояние.
– Алгоритме формирования настроенных производственно-технологических решений в соответствии с текущим состоянием технологической системы участка, состоящем в оперативном изменении структур операций технологического процесса и определения технологических систем операций для их выполнения.
– Методе балансировки загрузки технологических систем операции, заключающемся в распределении операционных модулей по технологическим системам операции путём последовательного изменения структур конкурирующих операций ТП.
Практическая значимость и реализация результатов работы заключается в:
– Экспертной системе для информационной поддержки процессов автоматизированного проектирования производственных участков и цехов машиностроительных предприятий (ЭС ЦЕХ) (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011612452 дата регистрации 24 марта 2011 г.).
– Автоматизированных справочниках по основным типам технологических средств машиностроительного производства (ЦЕХ ТО) (свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2011620112 дата регистрации 9 февраля 2011 г.).
– Автоматизированном справочнике по металлорежущему инструменту (ЦЕХ Инструмент) (свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2011620111 дата регистрации 9 февраля 2011 г.).
– Практических рекомендациях по информационному и организационно-методическому согласованию процесса адаптации технологических процессов изготовления деталей машиностроения с программно-методическими комплексами систем оперативно-календарного планирования.
Апробация работы. Материалы, отражающие основное содержание работы, докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня, в том числе: на международных научно-технических конференциях «Авиация и космонавтика — 2007» (Москва, 2007), «Технологические методы повышения качества продукции в машиностроении» (Воронеж, 2010 г.), «Менеджмент качества инновационной деятельности по развитию научно-технического комплекса России: практика и перспективы» (Москва, 2009 г.), «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (Севастополь, 2010 г.), «Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации» (Оренбург, 2010 г.), «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2010 г.), «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010 г.), «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2011 г.); на всероссийских конференциях «Будущее машиностроения России» (Москва, 2008 г.), «Применение ИПИ-технологий в производстве» (Москва, 2010 г.), «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий-2010» (Саратов, 2010 г.).
Основные положения диссертационной работы докладывались на заседании кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» (Москва, 2009, 2011).
По результатам выступления на всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2008 г.) автор награжден дипломом и медалью за лучшую научную работу.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 печатных работы, в том числе публикаций в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ – 17 из них статей без соавторства – 13; 1 статья в зарубежном сборнике научных трудов; получены 2 свидетельства о государственной регистрации баз данных и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы (184 наименования) и приложения. Общий объем диссертации 285 страниц, включая 96 рисунков и 27 таблиц.
Анализ систем автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления деталей
Производительность современных многономенклатурных машиностроительных предприятий во многом определяется гибкостью их производственных процессов.
Одним из показателей гибкости производственных процессов является возможность оперативного согласования требований технологических процессов изготовления деталей, установленных производственным расписанием, предъявляемых к наладке технологической системы в соответствии с ее текущим состоянием. Обеспечение этой возможности позволит оптимизировать (синхронизировать) материальные потоки и сократить производственный цикл выпуска продукции.
Создание гибких производственных процессов рассматривается как комплексная проблема, включающая аспекты: технологический и производственный.
Традиционным направлением решения этой проблемы является повышение технической гибкости технологической системы предприятия [70, 32, 39, 14 и др.]. В этом случае информационная модель ТП рассматривается как условно неизменный информационный объект, а объектом наладки является технологическая система.
Такой подход хорошо зарекомендовал себя в малономенклатурном крупносерийном производстве. Крупносерийное производство характеризуется относительно постоянной номенклатурой, высокой степенью автоматизации технологических процессов и использованием преимущественно специальных средств технологического оснащения, обладающих невысокой технической гибкостью.
В крупносерийном производстве производственные расписания можно составлять на достаточно длительный период времени, а состояние технологической системы можно рассматривать как относительно постоянное.
В этих условиях имеются возможности для создания структур операций технологических процессов, имеющих близкие значения трудоемкости и обеспечивающих синхронизацию материальных потоков в технологической системе.
Под термином технологическая система в соответствии с ГОСТ 27.004-85 понимается совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов или операций.
ТС система является частью производственной системы, имеет свою структуру и функционирует в определенных условиях.
Все технологические системы подразделяют на четыре иерархических уровня: технологические системы операций; технологические системы процессов; технологические системы производственных подразделений (цехов, участков) и технологические системы предприятий. ТС операции обеспечивает выполнение одной заданной технологической операции. ТС процесса включает в себя в качестве подсистем совокупность технологических систем операций, относящихся к одному методу (обработки, формообразования, сборки или контроля) или к одному наименованию изготовляемой продукции. ТС производственного подразделения (участка) состоит из технологических систем процессов и (или) операций, функционирующих в рамках конкретного предприятия. ТС предприятия состоит из технологических систем его производственных подразделений (цехов, участков).
В многономенклатурном производстве состояние технологических систем производственных подразделений подвержено постоянным изменениям, вызванных тем, что технологические операции изготовления деталей, установленные производственным расписанием, имеют несбалансированные значения трудоемкостей, а также обусловленных возникновением отказов в технологических системах операций.
Поэтому обеспечить оперативное согласование требований технологических процессов изготовления деталей, установленных производственным расписанием, предъявляемых к наладке технологической системы с ее текущим состоянием только за счет наладки технологической системы часто не удается.
Проведённый в работе анализ показал, что общим для отечественных методов разработки ТП является то, что формирование структуры технологических операций выполняется на стадии ТПП [6, 8, 11, 42, 74, 81, 91, 95 и др.].
В многономенклатурном производстве состояние ТС производственного участка подвержено постоянным изменениям, которое определяется техническими и организационными состояниями технологических систем операции (рабочих мест) этого участка.
Спрогнозировать возможное состояние ТС производственного участка при разработке ТП на момент выполнения технологических операций не представляется возможным. Поэтому структура ТП изготовления детали разрабатывается как одно из возможных технологических решений, обеспечивающих требуемое качество.
Как показывают работы П.Ю. Бочкарева [17, 18, 19, 20, 21], В.В. Емельянова [63], P.P. Загидуллина [65], Е.Б. Фролова [151] и других ученых перспективным направлением решения этой проблемы в многономенклатурном производстве является согласованная наладка технологической системы и адаптация технологических процессов.
Проблемы оптимизации производственно-технологических решений в многономенклатурном производстве
Каждому МП ставится в соответствие набор МТИ, определяющий маршрут его изготовления. Проектирование ТП сводится к формированию перечня и структур операций ТП из МТИ.
Таким образом, ИМ модульного подхода к разработке ТП обладает гибкостью, достаточный для получения альтернативных ТП изготовления детали (см. рисунки 1.6 и 1.7).
Наличие альтернативных ТП не позволяет применить в качестве метода поиска решений метод обратной волны. Метод обратной волны подобен методу прямой волны (см. рисунок 1.4), принципиальным отличием является наличие одной вершины графа, то есть одного ТП.
При модульном подходе рабочий ТП, также как при типовом и групповом подходах, разрабатывается на стадии ТІ 111. ИМ рабочего ТП является «жесткой».
Рассмотрим подход к разработке ТП, основанный на планировании многономенклатурных ТП, предложенный А.В. Королёвым, Б.М. Бржозовским и П.Ю. Бочкарёвым [17, 18, 19, 20, 21]. Научно-методическую основу планирования многономенклатурных ТП составляет концепция гибких технологических процессов. Гибкость ТП обеспечивается за счет наличия альтернативных технологических операций, определенных на установленном множестве технологического оборудования.
В одну группу объединяется технологическое оборудование по признаку максимального использования однотипных проектных процедур. За счет этого обеспечивается унифицированный состав проектных процедур формирования альтернативных технологических операций.
Структура технологического процесса, определяющая состав и последовательность выполнения операций, а также состав технологических переходов в каждой операции, разрабатывается по схеме «нисходящего» проектирования (см. рисунки 1.2, 1.3).
При планировании многономенклатурных ТП формируются альтернативные операционные или маршрутно-операционные описания технологических операций, выполняемые в определенной группе технологического оборудования.
Каждая альтернативная операция может отличаться последовательностью выполнения единого для всех операций состава технологических переходов, способом совмещения во времени их выполнения (параллельное, последовательное, смешанное), инструментальными наладками, а также значениями технологических режимов.
ИМ технологического процесса, разработанного на основе планирования многономенклатурных ТП ИМ ТП изготовления детали разрабатывается на стадии технологической подготовки производства. ИМ ТП обладает гибкостью, позволяющей на стадии оперативно-календарного планирования, выбирать из сформированного множества альтернативных операций, оптимальную операцию по заданным критериям с учетом текущего состояния производства.
Представим производственный цикл ТПр\ изготовления z -той детали состоящим из нескольких этапов технологических процессов, которые выполняются на различных временных отрезках, соответствующих периодам оперативно-календарного планирования T0KJ На каждом таком этапе выполняются технологические операции, определенные производственным расписанием. На рисунке 1.14 показано, что на первом этапе Токі выполняется две операции: 005 и 010. В соответствии с текущим состоянием технологической системы, программой и объемом запуска выбираются рабочие технологические операции из определенного на стадии ТПП перечня альтернативных. Для операции 005 выбрана в качестве рабочей операция 005.1, а для операции 010 в качестве рабочей выбрана операция ОІО.иОІО.
Для этапа Ток2 еще может быть не определен состав операций, следовательно, не выбраны рабочие из установленного перечня альтернативных.
Таким образом, основным отличием подхода к разработке ТП, основанном на планировании многономенклатурных ТП, от типового и группового подхода является обеспечение гибкости ИМ ТП изготовления детали, позволяющей оперативно приспосабливать структуру операций ТП в условиях стохастической неопределенности функционирования технологических систем. Так как, ИМ рабочих ТП, полученные при типовом и групповом подходе, не содержат информационных связей между структурными элементами ТП и значениями их параметров, то изменить структуру ТП можно путем перепроектирования структур нескольких операций, используя соответственно типовой или групповой ТП.
Процесс изменения структуры ИМ рабочего ТП, полученного при типовом или групповом подходе, представлен на рисунке 1.14 в нотации еЕРС (extended Evaluation Process Chain). Исходными данными для разработки рабочего ТП являются: ИМ типового или группового ТП, чертеж детали (конструкторская документация), нормативно-техническая документация (НТД).
Операционный модуль технологического процесса
Как видно из рисунка 1.20 на этапе Токі альтернативные технологические процессы АТП1, АТП2 и АТПЗ содержат равное количество технологических переходов, выполненное за различное количество операций. Поэтому независимо от выбранного АТП на этапе Токі, на следующем этапе может, выбран любой из рассмотренных. Последующие операции 1/010, 2/015 и 3/010, принадлежащие различным АТП имеют одинаковую структуру и примерно равную трудоемкость. Последующие операции сильно отличаются по структуре и трудоемкости.
На этапе Ток2 с учетом трудоемкости могут быть выполнены операции АТП;2: 2/015 и 2/020. Выбрав на этом этапе в качестве рабочего АТП;2, на последующих этапах использование других АТП становится практически невозможным.
Поэтому при использовании АТП с различной структурой, оптимальный ТП выбирается из альтернативных по заданным критериям оптимизации для выполнения операций на этапе планирования T0ld и уже не меняется на остальных этапах планирования. Распределение потоков работ по операциям является многофакторной оптимизационной задачей, охватывающей технологические и производственные задачи. С точки зрения обеспечения точности наиболее предпочтительным решением будет решение, содержащее наименьшее количество установов (организованных смен баз), которое приведет к концентрации технологических переходов. Выполнение этого условия потребует использование многофункционального оборудования. Такая ТС процесса будет включать наименьшее количество ТС операций.
С производственной точки зрения, распределение технологических переходов по технологическим системам операций будет неравномерным. Менее функциональные ТС операции могут быть не загруженными и простаивать.
В отличие от ИМ ТП с одной структурой ИМ ТП с различной структурой значительно ограничивает множество возможных технологических решений.
Повышение гибкости ИМ ТП с различной структурой возможно путем построения для каждого из альтернативных ТП с различной структурой множества альтернативных ТП с одинаковой структурой (рисунок 1.21). АТПІ2.1
Разработка альтернативных ТС операций должна выполняться с учетом возможных состояний ТС предприятия и данных о наличии необходимых ресурсов. Каждая альтернативная ТС процесса должна удовлетворять требованиям модели возможного состояния ТС предприятия. Поэтому разработке альтернативных ТС процесса должна предшествовать разработка моделей наиболее вероятных состояний ТС предприятия на соответствующем горизонте оперативно-календарного планирования. В соответствии с требованиями каждой модели состояния ТС предприятия разрабатываются ТС процесса. При необходимости для каждой ТС процесса могут разрабатываться альтернативные. Наибольшую сложность представляет разработка моделей наиболее вероятных состояний ТС предприятия. Формирование альтернативных ТС процесса выполнения технологических операций, структурными элементами которых являются технологические переходы, относится к числу трудно формализуемых процессов.
Таким образом, рассмотренные ИМ АТП не позволяют оперативно менять структуры ТП на всех этапах оперативно-календарного планирования. Наличие АТП, обладающих полной взаимозаменяемостью ТС операций, позволяет существенно повысить эффективность оперативно-календарного планирования.
При этом необходимо учитывать, что разработка альтернативных ТП, имеющих одну структуру, выполняемая на стадии ТИП, является более трудоемкой, чем разработка единичного ТП, и требует решения следующих задач: - определение необходимого количества АТП, - определение критериев формирования альтернативных технологических решений, - разработка более формализованных (строгих) проектных процедур. Большим потенциалом для повышения производительности технологических систем производственных участков и цехов обладает метод имитационного моделирования движения материальных потоков [62, 66, 159]. Имитационное моделирование - это численный метод исследования процессов реальной системы, путем проведения экспериментов на ее модели.
Метод имитационного моделирования применяется как для решения задач технологической подготовки производства, так и для верификации результатов, полученных MES-системами. Достоверность результатов экспериментов во многом определяется степенью соответствия модели реальной системе.
В настоящей работе метод имитационного моделирования рассматривается как метод верификации результатов, полученных MES системами, путем численного моделирования материального потока в технологической системе производственного участка. Метод имитационного моделирования является настолько сложным, что единственная возможность его применения - использование специальной автоматизированной системы. В работе была рассмотрена автоматизированная система DELMIA QUEST (Queuing Event Simulation Tool) [62, 180]. Информационная модель производственной системы, используемая в DELMIA QUEST, представлена на рисунке 1.22. Одной из основных групп данных, определяющих производительность производственной системы, являются технологические процессы изготовления деталей заданной программы. Метод имитационного моделирования, прежде всего, направлен на нахождение резервов рабочего времени, материальных и прочих ресурсов. Одними из критериев оптимизации являются коэффициенты загрузки рабочих мест, а также структура технологических операций, а именно их трудоемкость.
Адаптация технологических процессов изготовления программы запуска к текущему состоянию технологической системы участка фрезерных станков
В рассмотренных примерах альтернативные и виртуальные ТС процесса формировались для выполнения заданных технологических операций. Каждая операция содержит неизменный перечень технологических переходов. Использование различных ТС операций для выполнения определенной операции приведет к тому, что трудоемкость будет различной. При неизменном машинном времени, определяющем технологически необходимые потери, непродуктивные потери будут различными. Это связано с различными техническими возможностями ТС операций, которые определяют структуры вспомогательных переходов, подготовительно-заключительных работ и работ по обслуживанию ТС операции. Под структурой работ понимается их состав, и возможность совмещения выполнения работ во времени.
В случае формирования ТС процесса для реализации заданной структуры ТП разрабатывается базовая ТС процесса, определяющая принципиальную структуру ТС процесса. Базовая ТС процесса укрупнено определяет уровень потребных ресурсов и является «стержнем» для разработки альтернативных и виртуальных ТС процесса.
Это позволяет рассматривать альтернативные ТС процесса как, содержащие взаимозаменяемые фрагменты на различных горизонтах планирования, а виртуальные - как содержащие взаимозаменяемые ТС операций. Таким образом, альтернативные и виртуальные ТС процесса содержат одно и то же количество ТС операций. Такой подход не позволяет управлять структурой технологического процесса. С этой целью в работе предложено представить технологический процесс состоящим из элементарных неделимых структурных элементов - атомов технологического процесса.
Тогда для выполнения каждого такого атома будут формироваться технические требования к технологическим системам операций. В соответствии с этими требованиями определяются множества альтернативных технологических систем операций.
Структура ТП будет формироваться из атомов на стадии оперативно-календарного планирования.
Перенос работ по формированию структуры ТС процесса на стадию оперативно-календарного планирования может привести к возникновению и необходимости решения принципиальных технологических задач на этом уровне, что является недопустимым, так как эти работы будут находиться на критическом пути производства изделия. Поэтому принципиальные технологические задачи должны быть решены на стадии ТГШ при разработке базового решения.
В качестве примера можно привести выбор приспособления. Для выполнения группы технологических переходов на одной операции может потребоваться приспособление, не предусмотренное в технологической документации. Кроме того, увеличение количества переустановов может привести к появлению непрогнозируемого брака, вследствие увеличения погрешности установки заготовок и включения дополнительных составляющих звеньев в технологическую размерную цепь.
С другой стороны, формирование виртуальных ТС процесса для выполнения потока работ, представленного в виде структурированного перечня технологических переходов, позволит более гибко настраивать ТС предприятия в соответствии с требованиями контракта.
К принципиальным технологическим задачам следует отнести определение групп атомов технологического процесса. При этом следует учитывать следующие требования: - обеспечить точность размерных связей поверхностей заготовки, - обеспечить точность связей свойств материала, - обеспечить своевременное снабжение ТС операций технологической оснасткой.
В соответствии с вышесказанным, виртуальные ТС процесса следует разрабатывать для упорядоченного перечня атомов технологического процесса, в котором некоторые атомы могут быть объединены в группы, а некоторые допускать возможность либо объединения с двумя соседними группами, либо выполняться отдельно (рисунок 2.10).
