Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи 11
1.1. Современное состояние и перспективы развития индустрии производства упаковки из картона 11
1.2. Проблемы и перспективы создания гибких автоматизированных производственных систем в полиграфической промышленности 23
1.3. Состояние и перспективы исследований в области надежности и эффективности автоматизированных линий и гибких производственных систем 41
1.4. Постановка задачи 63
1.5. Выводы к главе 1 64
Глава 2. Теоретическая часть 66
2.1. Математическое описание имитационной модели АПК 67
2.2. Проверка адекватности имитационной модели АПК 97
2.3. Методика оценки вероятности выполнения заказов в срок 102
2.4. Выводы к главе 2 108
Глава 3. Экспериментальная часть 110
3.1. Эксплуатационная надежность полиграфических машин при производстве упаковочной продукции из картона 110
3.2. Экспериментальные задачи структурного анализа и синтеза АПК 124
3.2.1. Планирование вычислительного эксперимента 125
3.2.2. Статистическая обработка результатов вычислительного эксперимента 127
3.2.2.1. Определение рациональной емкости накопителей 131
3.2.2.2. Определение необходимого числа наладчиков, обслуживающих полиграфический комплекс 145
3.2.2.3. Сравнительный анализ вариантов структурного построения полиграфических комплексов 152
2.3. Выводы к главе 3 190
Общие выводы 193
Библиографический список 196
- Проблемы и перспективы создания гибких автоматизированных производственных систем в полиграфической промышленности
- Методика оценки вероятности выполнения заказов в срок
- Статистическая обработка результатов вычислительного эксперимента
- Определение необходимого числа наладчиков, обслуживающих полиграфический комплекс
Введение к работе
Актуальность темы
Одной из основных тенденций научно-технического прогресса является переход от разработки отдельных машин-автоматов и полуавтоматов к созданию законченных систем автоматически действующего оборудования, решающих задачи выпуска конечной продукции. В полиграфии на протяжении многих лет наблюдается процесс объединения печатного и послепечатного оборудования в печатно-отделочные автоматизированные линии. С каждым годом расширяется область применения печатных систем, в состав которых интегрированы устройства для изготовления форм.
С созданием и внедрением подобных сложных технических систем становится особенно острой проблема обеспечения требуемого уровня их надежности, производительности и эффективности. Обзор литературных источников показал, что на эффективность функционирования полиграфических комплексов оказывает влияние множество факторов различной природы. При этом одной из важнейших задач является определение в этом факторном пространстве зон эффективности тех или иных схем структурного построения комплексов.
Повышающийся с каждым годом уровень требований к срокам изготовления полиграфической продукции вынуждает при оценивании технической эффективности руководствоваться не только показателями надежности и производительности комплексов, но и учитывать обеспечиваемую ими оперативность производственного процесса. При этом особенно важно учитывать тот факт, что на практике заказы в типографию поступают в случайные моменты времени, вызывая тем самым чередования периодов избыточной нагрузки и, наоборот, недозагрузки производственных мощностей.
Решение задачи оценки и прогнозирования технической эффективности полиграфических комплексов для производства упаковки из картона видится особенно актуальным, поскольку подобных исследований в данной области ранее не проводилось. При этом необходимо тщательно изучить и, по возмож-
5 ности, применить уже имеющийся опыт в других отраслях промышленности, в том числе в иных областях полиграфии.
Цель и задачи работы
Основная цель диссертации заключается в продолжении работы по формированию теоретических основ создания автоматизированных полиграфических комплексов (далее АПК), ведущейся российскими научными работниками на протяжении последних лет. Поскольку данная проблема сложна и объемна, автор в настоящей работе ограничивается решением задач оценки и прогнозирования технической эффективности полиграфических комплексов для производства упаковочной продукции из картона.
Конкретно в работе предполагается решить следующие задачи:
Разработать имитационную модель АПК для производства упаковочной продукции из картона.
Разработать методику оценки вероятности выполнения полиграфических заказов в требуемый срок.
Произвести сбор и анализ эксплуатационной информации о надежности и производительности полиграфических машин, входящих в состав полиграфических комплексов для производства упаковки из картона.
Разработать алгоритм и произвести расчет рациональной емкости накопителей и необходимого числа наладчиков, обслуживающих АПК.
Спланировать и реализовать вычислительный эксперимент с целью определения зон технической эффективности различных вариантов структурного построения АПК.
Выработать рекомендации по выбору параметров структурного построения полиграфических комплексов для производства упаковочной продукции из картона.
Научная новизна
Разработана новая расширенная имитационная модель процесса функционирования полиграфических комплексов, базирующаяся на модели В.И.
Боброва. Расширенная модель учитывает специфические особенности производства упаковочной продукции из картона и позволяет:
исследовать техническую эффективность производственных систем в условиях случайного во времени потока заказов;
моделировать полиграфические комплексы как с параллельной (сквозной), так и с последовательной (пооперационной) организацией производственного процесса;
имитировать работу производственных систем со структурным построением практически любой степени сложности.
Впервые получены зависимости технической эффективности полиграфических комплексов для производства упаковки из картона с учетом разнообразных структурных, технических и производственных факторов. В качестве характеристик эффективности применялся комплекс показателей: производительность, продолжительность производственного цикла, коэффициент использования и пропускная способность производственной системы, на базе которых рассчитывался обобщенный показатель технической эффективности в виде аддитивной функции с использованием весовых коэффициентов относительной важности частных критериев.
Предложены новые показатели, характеризующие техническую эффективность полиграфических комплексов - вероятность выполнения заказов в требуемый срок и гарантированный срок изготовления заказов. Разработана методика интервального оценивания данных показателей.
Практическая ценность
На базе имитационной модели АПК разработан пакет прикладных программ, позволяющий автоматизировать процедуру оценки и прогнозирования технической эффективности эксплуатируемых полиграфических комплексов, а также предназначенный для решения задач структурного анализа и синтеза при проектировании новых производственных систем.
Произведен сбор и обработка эксплуатационной информации о надеж-
7 ности полиграфических машин при производстве упаковки из картона. Полученные эксплуатационные характеристики надежности могут быть востребованы в процессе разработки новых и совершенствовании действующих полиграфических комплексов.
Предложенная методика оценки вероятности выполнения заказов в срок может оказаться особенно полезной при проектировании АПК с высокими требованиями к оперативности производственного процесса.
Разработаны и реализованы в виде программных модулей алгоритмы для расчета рациональной емкости накопителей и необходимого количества наладчиков, обслуживающих АПК.
Выводы и рекомендации, сформулированные на основе полученных экспериментальных зависимостей технической эффективности АПК, могут быть использованы при определении структурных параметров новых и модернизации существующих полиграфических комплексов.
Апробация работы
Разработанная имитационная модель и методика оценки вероятности выполнения заказов в срок внедрены в производственный процесс типографии «Линия График», о чем имеется соответствующий акт.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 42-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава МГУП и на научно-методическом семинаре «Проблемы упаковочной промышленности и подготовки кадров» в МГУПБ.
Публикации
По результатам диссертационной работы опубликовано семь статей.
Положения, выносимые на защиту
Новая расширенная имитационная модель процесса функционирования полиграфических комплексов для производства упаковки из картона, базирующаяся на модели В.И. Боброва.
Методика оценки вероятности выполнения заказов в срок.
3) Совокупность зависимостей технической эффективности вариантов структурного построения полиграфических комплексов от производственных и технических факторов.
Содержание работы
Предлагаемая диссертационная работа состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка литературы из 116 наименований и трех приложений. Диссертационная работа изложена на 239 страницах и содержит 131 формулу, 39 рисунков, 16 таблиц.
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и детализированы задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая ценность работы, приведены положения, выносимые на защиту.
Первая глава состоит из трех разделов. В первом разделе главы раскрыты вопросы современного состояния индустрии производства упаковки из картона. Рассмотрен производственный процесс изготовления складных коробок из картона в техническом и технологическом аспектах. Отмечены наиболее перспективные направления развития данной отрасли.
Во втором разделе первой главы подробно освещены проблемы и перспективы создания АПК. Изложено современное состояние полиграфической техники и результаты исследовательской и конструкторской деятельности в области разработки автоматизированных систем полиграфических машин, достигнутые отечественными и зарубежными учеными и конструкторами за последние 30 лет. Сделана попытка классифицировать современные направления интеграции полиграфических операций.
В третьем разделе первой главы изложены направления, по которым развивалась теория надежности, производительности и эффективности технических систем. Отмечен вклад отечественных и зарубежных ученных в то или иное направление и приведены основные полученные ими результаты. В данном обзоре особое внимание уделено научным работам по статистическому
9 имитационному моделированию автоматизированных линий и гибких производственных систем.
В заключении первой главы обосновывается актуальность выбранных в диссертации направлений исследования и формулируются задачи работы.
Вторая глава посвящена разработке статистической имитационной модели АПК для производства упаковки из картона. Выбраны и обоснованы показатели технической эффективности работы комплекса. Приведено математическое описание имитационной модели. Представлены блок-схемы алгоритмов, моделирующих процесс функционирования АПК. Приведены результаты проверки адекватности разработанной модели. На базе имитационной модели разработана методика оценки вероятности выполнения заказов в срок и гарантированного срока выполнения заказов.
Третья глава содержит два раздела. В первом разделе приведены результаты сбора и обработки эксплуатационной информации о надежности полиграфических машин при производстве упаковки из картона. Собранные сведения сгруппированы по виду оборудования и типу отказов. Построены гистограммы распределения наработки на отказ и времени восстановления. Рассчитаны основные показатели надежности согласно ГОСТ 27.002-89, характеризующие безотказность и ремонтопригодность полиграфических машин.
Во втором разделе главы спланирован и реализован вычислительный эксперимент на имитационной модели АПК. Результаты моделирования обработаны с использованием аппаратов математической статистики и регрессионного анализа. Приведены экспериментальные зависимости показателей технической эффективности вариантов структур АПК от параметров потока заказов и внутренних характеристик производственной системы. Также по специально разработанным алгоритмам произведены расчеты рациональной емкости накопителей и необходимого числа наладчиков, обслуживающих комплекс. Результаты анализа статистических данных представлены в графическом и аналитическом виде.
В приложение I помещен акт (справка) о внедрении результатов диссертационной работы в производственный процесс типографии «Линия График».
В приложении II приведены фрагменты листинга программного пакета имитационного моделирования процесса функционирования АПК и статистической обработки результатов моделирования, реализованной на языке Object Pascal в среде визуального объектно-ориентированного программирования Borland Delphi.
В приложении III представлен MathCAD-алгоритм интервального оценивания вероятности выполнения заказа в срок и гарантированного срока выполнения заказов.
Проблемы и перспективы создания гибких автоматизированных производственных систем в полиграфической промышленности
Рынок полиграфических услуг - постоянно растущий сектор экономики РФ и мира в целом. В период с 1976 г. по 1996 г. выпуск печатной продукции в мировом масштабе возрос примерно в четыре раза. В частности, объем продаж печатной продукции в 1999 году составил 736 млрд. евро. [111]. Эксперты прогнозируют дальнейший рост в данной отрасли. Этот рост выдвигает высокие требования к полиграфическому машиностроению.
Перспективным направлением развития полиграфического машиностроения и производства является переход от автоматизации отдельных машин, агрегатов и линий к автоматизации цехов, предприятий на базе создания гибких автоматизированных производственных систем, связанных не только циклом технологического производства, но и общей транспортной системой и системой управления.
По сравнению с неавтоматизированным производством, применение подобных систем позволяет существенно повысить производительность, снизить себестоимость продукции, значительно сократить численность производственного персонала при резком уменьшении доли ручного труда, повысить ритмичность выпуска продукции, сократить производственные площади, многократно уменьшить сложность и трудоемкость планирования и управления производством за счет резкого сокращения количества внутрипроизводственных связей.
В соответствии с ГОСТ 26228-85 гибкая автоматизированная производственная система (ГАПС) - это совокупность нескольких единиц технологического оборудования, снабженного средствами и системами, обеспечивающими функционирование оборудования в автоматическом режиме. При этом ГАПС должна обладать свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик. В ГАПС могут входить промышленные роботы, автоматизированные склады, гибкие автоматизированные средства транспортировки полуфабрикатов, инструмента, оснастки, автоматические накопители полуфабрикатов, высоконадежные системы управления на базе микроэлектронной техники.
Главное преимущество ГАПС по сравнению с традиционной автоматической или автоматизированной линией (АЛ) в ее мобильности, т.е. в воз 25 можности быстрого перехода на обработку изделия любой номенклатуры и объема, любого технологического способа изготовления. ГАПС должна обладать способностью адаптироваться к разбросу параметров заготовок и обеспечивать высокую стабильность качества изделий. Кроме того, использование ГАПС может дать большой социальный эффект: увеличить уровень технического вооруженности труда, снизить дефицит рабочих, занятых на тяжелых ручных операциях.
В полиграфии оборудование, выполняющее полный комплекс технологических операций по производству печатной продукции, не нашло пока широкого применения. В настоящее время на полиграфическом производстве используются в основном линейные автоматизированные системы машин или автоматизированные линии (АЛ). По характеру этапов полиграфического производственного процесса полиграфические автоматизированные линии подразделяются на автоматизированные линии формного производства (ФАЛ), автоматизированные линии брошюровочно-переплетного производства (БПАЛ) и печатно-отделочные автоматизированные линии (ПОАЛ).
Принимая степень автоматизации за один из основных классификационных признаков, поточные линии можно подразделить на автоматизированные и автоматические. На автоматизированной линии функции рабочих сводятся к ее наладке, наблюдению за работой и выполнению вспомогательных операций по загрузке полуфабрикатов и приемке готовой продукции без непосредственной связи с тактом линии. Линий с полной автоматизацией основных и вспомогательных операций в полиграфической промышленности пока нет.
По характеру совмещения процессов обработки и транспортировки полуфабрикатов АЛ подразделяются на выстойные и безвыстойные линии. Производительность выстойных линии ниже, поскольку является функцией суммарного времени операций обработки и транспортирования, т.к. операции обработки и транспортировки выполняются последовательно. В безвы 26 стойных линиях операция обработки полуфабрикатов происходит в процессе операции транспортировки.
По количеству наименований обрабатываемых изделий поточные линии подразделяются на однопредметные и многопредметные. Первый тип линий, на которых без переналадок обрабатывается одно и тоже изделие (например, тома Энциклопедии) встречается довольно редко. Многопредметные линии при переходе с обработки одного изделия на обработку другого переналаживаются в связи с разным их форматом, объемом и технологией изготовления.
По степени дискретности основных материалов, полуфабрикатов и получаемого изделия выделяют линии, в которых основной материал или полуфабрикат подаются, а изделие выводится следующими способами: непрерывно; поштучно; партией. В брошюровочно-переплетных цехах обрабатывается в основном дискретная единица продукции (книги, журналы, брошюры). В печатных цехах и участках подача материала осуществляется либо непрерывно в виде рулонного полотна, либо дискретно в виде листов, а вывод продукции в основном осуществляется дискретно в виде отпечатанных листов или тетрадей.
Методика оценки вероятности выполнения заказов в срок
Первой работой в машиностроении, являющейся попыткой разработки теории и методов прогнозирования и расчета требований к надежности оборудования станочных АЛ, является работа Л.И. Волчкевича [16-17]. В ней в качестве критериев разработки требований к надежности оборудования АЛ были приняты характеристики производства: требуемая программа выпуска и технико-экономические показатели, такие как, рост производительности труда, годовой экономический эффект от внедрения АЛ, коэффициент эффективности капиталовложений на создание АЛ. Для достоверного решения указанной задачи был использован математический аппарат технико-экономического анализа и синтеза. Также Л.И. Волчкевичем была предложена формула для определения оптимального количества участков в линии.
Для анализа надежности систем с временной избыточностью используются две основные группы методов: аналитические и статистического моделирования.
При аналитическом исследовании процесс функционирования технической системы формализуется и сводиться к модели полумарковского или многомерного марковского процесса.
Два из четырех аналитических методов (метод перебора гипотез и метод условных вероятностей) опираются на прямое вычисление вероятностей, а два других метода (интегральный и дифференциальный) требуют составления и последующего решения уравнений относительно вероятности безотказного функционирования системы.
Рассмотрим вначале особенности получения оценки коэффициента готовности АЛ с накопителями методом дифференциальных уравнений, изложенного в работе Г.Н. Черкесова [98]. Возможные состояния рассматриваемой двухфазной системы и пути перехода из одного состояния в другое изображаются в виде графа состояний. Этому графу состояний соответствуют 10 дифференциальных уравнений при двух граничных условиях и условии полноты группы несовместимых событий (нормировочное условие). Для стационарного случая при / » в результате решения системы уравнений находят значения вероятностей состояний, используя которые можно составить выражения для коэффициента готовности системы Кгс. В результате получается довольно громоздкое выражение, которое занимает не менее четырех строк.
Таким образом, даже для простейшей двухфазной системы с накопителем при упрощающих предположениях использование метода дифференциальных уравнений приводит к очень громоздкому выражению для коэффициента готовности системы. Трудности составления и решения системы дифференциальных уравнений неизмеримо возрастают при увеличении числа устройств и накопителей. Поэтому целесообразно применять метод дифференциальных уравнений лишь для некоторых частных случаев реализации простейших систем с одним накопителем.
Пример применения метода интегральных уравнений для решения задачи о влиянии емкости накопителей на среднее время простоя системы описан Б.А. Севастьяновым в работе [84]. Решение для системы из двух агрегатов и накопителя находится при допущении о том, что в каждый данный момент времени либо оба агрегата работоспособны и работают, либо неработоспособен и восстанавливается один агрегат. Для определения стационарных значений вероятностей состояний и далее вероятности простоя системы составляется и решается система из трех интегральных уравнений. Попытка применения метода интегральных уравнений к системе, состоящей из трех агрегатов и двух накопителей, приводит к столь сложной системе интегральных уравнений, что стоит задуматься над целесообразностью поиска ее решения.
Поскольку для многофазных систем с накопителями исходные системы уравнений (дифференциальных и интегральных) столь сложны, что не удается точно определить коэффициент готовности системы, в работе [65] предложена методика приближенной оценки коэффициента готовности системы. В [73] эта методика изменена и развита.
В работах Н.М. Султан-Заде, Н.Н. Шевякова, А.А. Моисеева, Ю.Б. Рас-санова [91, 106] рассматривается расчет коэффициента готовности двухуча-стковой АЛ с накопителем с использованием дифференциального метода на основе теории марковских цепей. Для каждого частного случая возрастания номинальных производительностей участков или убывания составляется своя система дифференциальных и алгебраических уравнений и приводятся частные рабочие выражения довольно сложной конструкции с содержанием большого числа вычислительных операций.
Методика расчета коэффициента готовности многоканальной и многофазной АЛ В.К. Вахтеля, В.П. Новикова, Л.А. Шишляникова использует метод «вложения» и учитывает выпуск бракованных изделий с операций, однако отличается большим количеством вычислительных операций и не учитывает вид и надежность накопителей.
В данном обзоре автор считает необходимым подробнее остановиться вопросах статистического моделирования надежности АЛ. Это связано с тем, что далее при решении поставленной в работе задачи исследования надежности и эффективности АПК будет использован данной метод. Первые работы по статистическому имитационному моделированию (СИМ) сложных технических систем принадлежат Н.П. Бусленко [10]. Применительно к станочным автоматическим линиям метод СИМ был разработан в ЭНИИМСе А.И. Дащенко, Е.С. Дымшицем [32]. Предложенный алгоритм имитационного моделирования процесса функционирования сблокированных АЛ состоит в следующем: 1 этап. Для каждого из инструментов и узлов определяют случайное время безотказной работы траб, распределенное по заданному закону. 2 этап. Из всех значений времени безотказной работы траб, полученных на предыдущем шаге, находят минимальное тмш . 3 этап. Инструмент или узел, имеющий период безотказной работы тмин, заменяют или ремонтируют, при этом увеличивается на единицу число отказов соответствующего узла или инструмента. 4 этап. Увеличивают на тмш1 суммарное время работы отказавшего узла или инструмента и системы в целом, т.е. подсчитывают суммарное время безотказной работы т каждого узла или инструмента и системы в целом. 5 этап. Для отказавшего узла или инструмента определяют время замены или ремонта тн, распределенное по заданному закону.
Статистическая обработка результатов вычислительного эксперимента
Значение этой величины складывается из длительности непосредственной обработки заказа в системе и длительности ожидания обслуживания. Ожидать обслуживания заказ может как на входе системы, так и на складах полуфабрикатов между технологическими участками производственного комплекса. Очевидно, что при использовании автоматизированных линий заказ ожидает лишь начало обслуживания. Вообще же, т.н. сквозная (параллельная) организация производственного процесса, которая имеет место при эксплуатации автоматизированных линий, позволяет существенно сократить длительность производственного цикла по сравнение с пооперационным (последовательным) производственным процессом, характерным при использовании комплекса обособленного операционного процесса.
Увеличение скоростных режимов эксплуатации машин, рост уровня автоматизации современного оборудования, сокращение тиражей безусловно способствуют повышению оперативности производственного процесса. Однако в условиях ненадежности оборудования, случайности моментов поступления заказов в систему и других факторов могут возникать серьезные трудности с выполнение производственных заданий в требуемый срок. В связи с этим на стадии проектирования автоматизированных полиграфических комплексов необходимо принимать меры для обеспечения требуемого уровня оперативности производства.
Обзор литературных источников показал, что на эффективность функционирования сложных технических систем оказывает влияние множество факторов различной природы (структурные, технологические, производственные, потребительские, технико-экономические и др.). При создании гибких автоматизированных комплексов и линий одной из важнейших задач является определение в этом факторном пространстве зон эффективности тех или иных структурных схем построения комплексов. При проектировании автоматизированных линий для производства упаковочной продукции решение этой задачи видится особенно актуальным, поскольку подобных исследований в данной области ранее не проводилось.
Как видно из обзора работ по созданию автоматизированных линий и исследованию их надежности, производительности и эффективности практически полностью выпадают проблемы проектирования автоматизированных полиграфических комплексов для производства упаковочной продукции. При этом бурный рост упаковочной индустрия обуславливает высокую актуальность работы в данном направлении.
Необходимо применить уже имеющийся опыт в других отраслях полиграфической промышленности для разработки теоретических основ создания автоматизированных комплексов для производства упаковки из картона. Поскольку данная проблема сложна и объемна, автор в настоящей работе ограничивается решением следующих задач: 1) Разработать имитационную модель АПК для производства упаковочной продукции из картона. 2) Разработать методику оценки вероятности выполнения полиграфических заказов в требуемый срок. 3) Произвести сбор и анализ эксплуатационной информации о надежности и производительности полиграфических машин, входящих в состав полиграфических комплексов для производства упаковки из картона. 4) Разработать алгоритм и произвести расчет рациональной емкости накопителей и необходимого числа наладчиков, обслуживающих АПК. 5) Спланировать и реализовать вычислительный эксперимент с целью определения зон технической эффективности различных вариантов структурного построения АПК. 6) Выработать рекомендации по выбору параметров структурного построения полиграфических комплексов для производства упаковочной продукции из картона. 1. Перспективным направлением развития полиграфической промышленности является переход от использования операционных машин к созданию сложных технических систем типа гибких автоматизированных комплексов и линий, решающих задачи выпуска конечной продукции. В полиграфии на протяжении многих лет наблюдается процесс объединения печатного и послепечатного оборудования в печатно-отделочные автоматизированные линии. С каждым годом расширяется область применения печатных систем, в состав которых интегрированы устройства для изготовления форм. На базе современных цифровых технологий осуществляется интеграция до-печатных, печатных и послепечатных операций. 2. С созданием и внедрением подобных сложных систем машин полиграфического производства становится особенно остро проблема обеспечения их требуемой надежности и эффективности функционирования на этапах проектирования и эксплуатации. Обзор литературных источников показал, что на эффективность функционирования полиграфических комплексов оказывает влияние множество факторов самой различной природы. При этом одной из важнейших задач является определение в этом факторном пространстве зон эффективности тех или иных схем структурного построения автоматизированных комплексов. 3. Повышающийся с каждым годом уровень требований к срокам изготовления полиграфической продукции вынуждает при оценивании технической эффективности руководствоваться не только показателями надежности и производительности комплексов, но и учитывать обеспечиваемую ими оперативность производственного процесса. При этом особенно важно учитывать тот факт, что на практике заказы в типографию поступают в случайные моменты времени, вызывая тем самым чередования периодов избыточной нагрузки или наоборот недозагрузки производственных мощностей. 4. При общем росте рынка полиграфических услуг доля упаковки в нем продолжает неуклонно увеличиваться. Среднегодовые расходы на упаковку во всем мире составляют около 500 млрд. долларов США. В России индустрия упаковки является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей промышленности - ежегодный прирост составляет 10-15 %. Самым популярным и широко применяемым видом тары выступают складные коробки из картона. Решение задачи оценки и прогнозирования технической эффективности полиграфических комплексов для производства упаковки из картона видится особенно актуальным, поскольку подобных исследований в данной области ранее не проводилось. В отличие от традиционного аналитического моделирования принцип имитационного моделирования основывается на том, что математическая модель воспроизводит процесс функционирования системы во времени, причем имитируются элементарные события, протекающие в системе с сохранением логики их взаимодействия. Имитируя поведение частей" сложного технического объекта и их взаимодействие, ЭВМ вычисляет любые характеристики исследуемого объекта.
Определение необходимого числа наладчиков, обслуживающих полиграфический комплекс
Кроме того, при применении автоматизированной линии в качестве АПК в системе в каждый момент времени находится на обработке только один тираж. А такие операции как приладка на новый тираж, техническое обслуживание и т.п. выполняются на всех участках одновременно. В случае использования пооперационного оборудования подобной синхронизации операций нет.
Для обеспечения синхронизации работы всех участков при моделировании работы автоматизированных поточных линий в модель системы вводится виртуальный нулевой участок (агрегат), которой устанавливается в начало линии. Данный агрегат является абсолютно надежным и не накладывает ограничение на номинальную производительность системы. В его задачи входит обеспечивать простой системы во время приладки на новый тираж, в периоды проведения технического обслуживания линии, простой по причине отсутствия заказов на входе системы (подробнее см. далее).
В качестве выходных характеристик моделируемой системы выступают следующие показатели эффективности функционирования АПК: - фактическая производительность системы; - продолжительность производственного цикла; - коэффициент использования оборудования; - относительная пропускная способность системы. Производительность, характеризующая объем произведенной продукции за заданный период времени, традиционно рассматривается в качестве важнейшего показателя технической эффективности производственных систем. Очевидно, что фактическая производительность комплекса практически всегда меньше номинальной, которая определяется скоростными характеристиками элементов системы. Поэтому для определения фактической производительности АПК необходимо рассчитывать такие комплексные характеристики ее надежности, как коэффициенты готовности, технического и общего использования (см. глава 1). Продолжительность производственного цикла характеризует требуемые сроки на выполнение производственных заказов и является одним из важнейших факторов, которым руководствуется заказчик полиграфической продукции при выборе типографии. На протяжении последних лет наблюдается устойчивая тенденция к ужесточению требований к оперативности изготовления тиражей, особенно в сфере производства упаковки из картона.
Общая продолжительность производственного цикла складывается из длительности обработки заказов на технологических участках и длительности ожидания обработки. Не редко вторая составляющая оказывается значительно больше первой.
Пропускная способность характеризует эффективность функционирования системы в условиях нестационарной по времени загрузки АПК. Имеющий место на практике случайный характер потока заказов, т.е. моментов времени поступления заказов на вход системы, обуславливает возникновение периодов повышенной загрузки типографии, что негативно сказывается на оперативности (ритмичности) производственного процесса. Наличие ограничений на допустимую продолжительность производственного цикла приводит к необходимости в таких случаях отказываться от части поступающих заявок или рисковать срывом сроков выполнения заказа, отсюда возможны штрафы и (или) уход заказчика в другую типографию. Под абсолютной пропускной способностью системы понимают среднее число заказов, которое система может обработать в единицу времени. Далее в работе мы будем определять относительную пропускную способность - среднее отношения число обслуженных заказов к общему числу поданных, поэтому в дальнейшем прилагательное «относительная» будет опускаться.
Актуальность учета данного показателя также обусловлена его научной новизной при решении задач проектирования полиграфических комплексов.
В прошлом наиболее распространенным являлся принцип построения моделирующих алгоритмов, при котором производится определение последовательности состояний системы через заданные интервалы времени At. Очевидно, что для систем, подобных АПК, такой подход оказывается невыгоден с точки зрения как затрат машинного времени на реализацию моделирующего алгоритма, так и из-за накапливающейся ошибки с увеличением длительности эксперимента. Для АПК моделирующий алгоритм рационально построить по принципу определения момента наступления следующего особого состояния.
Моментами наступления следующего особого состояния (смены состояния) модели системы будем считать все моменты изменения состоянии блоков, так как эти события взаимосвязаны (изменение состояния одного из элементов системы приводит к изменению состояния системы в целом). Функционирование АПК можно представить как процесс изменения ее состояний. Переходы системы из одного состояния в другое происходят под влиянием некоторых потоков событий. Для моделируемого производственного комплекса такими потоками являются: потоки отказов и восстановления блоков (машин, накопителей), потоки заполнения и опустошения накопителей, потоки поступления заказов в производство, потоки приладок на новый тираж, потоки выполнения технического обслуживания и планово-профилактических ремонтов оборудования, потоки регламентированных простоев (перерывы в работе на отдых и прием пищи, простои, связанные с окончанием или началом рабочей смены, и т.д.). Таким образом, АПК относится к тому типу систем, для которых характерны два типа состояний:
