Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ методов формирования парка машинтранспортно-складских систем машиностроительных предприятий 10
1.1 Задачи процесса проектирования транспортно-складских систем 10
1.2 Методы синтеза проектных решений транспортно-складских систем
1.2.1 Классификация задач синтеза 21
1.2.2 Структурный синтез 22
1.2.3 Комбинаторно-логические методы структурного синтеза
1.3 Оценка полученных вариантов проектных решений транспортно-складских систем 25
1.4 Анализ критериев принятия решения о выборе количественной и качественной структуры парка машин транспортно-складской системы 29
1.5 Исследование сформированного варианта транспортно-складской системы 34
1.6 Выводы 38
2 Анализ и синтез вариантов транспортно-складской системы машиностроительных предприятий 39
2.1 Анализ предметной области транспортно-складских систем 39
2.1.1 Транспортные системы механосборочных цехов машиностроительных предприятий 39
2.1.2 Складские системы механосборочных цехов машиностроительных предприятий 48
2.2 Определение требуемой производительности и количества единиц подъемно-транспортного оборудования 54
2.3 Требования к конструкции зданий цехов машиностроительных предприятий 66
2.4 Формирование альтернативных вариантов транспортно-складских систем 74
2.5 Выводы 81
3 Оценка и выбор варианта транспортно-складской системы 82
3.1 Критерий оптимальности варианта транспортно-складской системы 82
3.1.1 Анализ составляющих себестоимости при проектировании транспортно-складской системы 84
3.1.2 Анализ составляющих капитальных вложений при проектировании транспортно-складских систем 92
3.1.3 Анализ составляющих затрат от простоя технологического оборудования 94
3.2 Методика оценки сгенерированных вариантов ТСС 96
3.2.1 Определение функции приспособленности генетического алгоритма 96
3.2.2 Обобщенная структура генетического алгоритма при выборе варианта транспортно-складской системы 102
3.3 Методика формирования количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов транспортно-складских систем 104
3.4 Верификация модели структурно-параметрического синтеза 105
3.5 Выводы 111
4 Практическая реализация результатов исследования 113
4.1 Разработка программного обеспечения 113
4.1.1 Описание программного комплекса 113
4.1.2 Обзор возможностей разработанного приложения 116
4.2 Подготовка предложения по реконструкции транспортно-складской системы ОАО «Тулаточмаш» 119
4.2.1 Анализ деятельности транспортно-складской системы заготовительного производства ОАО «Тулаточмаш» 119
4.2.2 Синтез альтернативных вариантов транспортно-складских систем 123
4.3 Подготовка предложения по реконструкции транспортно-складской системы ПАО «Дальневосточный завод энергетического машиностроения» 130
4.4 Выводы 131
Список литературы 134
- Структурный синтез
- Складские системы механосборочных цехов машиностроительных предприятий
- Анализ составляющих капитальных вложений при проектировании транспортно-складских систем
- Обзор возможностей разработанного приложения
Введение к работе
Актуальность темы. Реализация «Стратегии инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года» предполагает непрерывное развитие машиностроительных предприятий, предусматривающее создание в них новых и реконструкцию действующих механосборочных и вспомогательных цехов и участков. При этом решаются задачи комплексной механизации основных и вспомогательных процессов и операций изготовления машиностроительной продукции.
Цехи и участки машиностроительных предприятий представляют собой достаточно сложные системы, структуры и деятельность которых непосредственно зависят от сложности и разнообразия выпускаемой продукции, характера производственного процесса ее изготовления и объема производства. Реализуемый ими производственный процесс изготовления машиностроительной продукции включает следующие основные стадии, предусматривающие постоянное транспортирование и складирование грузов: получение и складирование заготовок, доставка их к рабочим местам, выполнение различных видов обработки, перемещение полуфабрикатов между рабочими местами, контроль качества, хранение на складах, сборка изделий. Поэтому комплексная механизация производственного процесса изготовления машиностроительной продукции и повышение его производительности и эффективности достигаются на основе формирования оптимальной количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов транспортно-складской системы (ТСС) из транспортных средств, наиболее полно соответствующих характеру производственного процесса машиностроительного предприятия и обеспечивающих сокращение объемов потребляемых ресурсов.
Парк транспортных и погрузочно-разгрузочных средств огромен и функционален. Это вызывает трудности формирования и анализа альтернативных вариантов транспортно-складских систем при организации нового машиностроительного производства или реконструкции действующего и приводит к повышенному простою технологического оборудования вследствие низкой эффективности ТСС. Одним из возможных путей для преодоления таких трудностей является применение интеллектуальных информационных систем, реализующих концепции автоматизированных систем структурно-параметрического синтеза технических решений.
Таким образом, актуальной является научно-техническая задача совершенствования методов формирования количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов транспортно-складских систем механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий.
Степень разработанности темы. Вопросы разработки методов проектирования производственных систем, в том числе и транспортно-накопительных, исследовали Алиев Р.А., Антипова Л.В., Анцев В.Ю., Бекле-шов В.К., Безъязычный В.Ф., Бойцов Б.В., Васильев В.А., Васин Л.А., Волчке-вич Л.И., Вороненко В.П., Вторушин Д.П., Дорофеев С.Ю., Егоров В.А., Егоров М.Е., Ильина Н.М., Иноземцев А.Н., Казюлин Г.П., Косов М.Г., Лобу-
за В.В., Мельников Г.Н., Насретдинов А.В., Наянзин К.Н., Наянзин Н.Г., Сер-дюкова Л.О., Смехов А.А., Соломенцев Ю.М., Схиртладзе А.Г., Трушке-вич А.И., Тычин А.В., Тюгай И.М., Чарнко Д.В., Хабаров Н.Н., Шадский Г.В., Ямпольский Е.С. и др. ученые. При этом много исследований посвящено вопросам проектирования автоматизированных транспортно-накопительных систем гибких автоматизированных производств и формированию структуры парка подъемно-транспортного оборудования складских систем тарно-штучных грузов, и задача формирования количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов транспортно-складских систем механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий не нашла окончательного решения.
Цель работы заключается в повышении эффективности механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий на основе формирования оптимальной количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов их транспортно-складских систем.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:
-
проведен анализ методик формирования количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов транспортно-складских систем механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий;
-
разработана математическая модель структурно-параметрического синтеза транспортно-складских систем механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий на ранних стадиях процесса их проектирования;
-
разработана методика формирования и оценки эффективности количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов транспортно-складских систем механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий на ранних стадиях процесса их проектирования;
-
разработано программное обеспечение, реализующее результаты научных исследований.
Объект исследования – транспортно-складские системы механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительного предприятия.
Предмет исследования – взаимосвязи между простоем основного технологического оборудования механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий и количественной и качественной структурой парка машин и агрегатов транспортно-складской системы.
Научная новизна результатов исследования заключается в раскрытии закономерностей влияния на простой основного технологического оборудования механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов транспортно-складской системы, формируемой на основе аппарата N-дольных графов и генетических алгоритмов.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что разработанная методика формирования и оценки эффективности количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов транспортно-складских систем механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий, предусматривающая использование N-дольных графов и генетических алгоритмов, углубляет и конкретизирует область применения методов машин, агрегатов и процессов, как области науки и техники, в сфере решения задач комплексной механизации основных и вспомогательных процессов и операций изготовления машиностроительной продукции.
Практическая значимость работы заключается в создании методического и программного обеспечения, предназначенного для формирования количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов транспортно-складских систем механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий.
Реализация работы. Результаты данной работы внедрены в заготовительном производстве ОАО «Тулаточмаш» и ПАО «Дальневосточный завод энергетического машиностроения» и используются при подготовке студентов специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование» в ФГБОУ ВО «Тульский государственные университет».
Методология и методы диссертационного исследования. При выполнении работы использовались методы теории проектирования транспорта и складов, системного анализа, целочисленной оптимизации, многокритериального анализа, имитационное моделирование, аппарат N-дольных графов, генетические алгоритмы, а также обобщение опыта ряда машиностроительных предприятий Тульского региона по созданию в них новых и реконструкции действующих механосборочных и вспомогательных цехов и участков.
Положения, выносимые на защиту:
-
математическая модель структурно-параметрического синтеза транспортно-складских систем механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий на ранних стадиях процесса их проектирования на основе использования аппаратов N-дольных графов и генетических алгоритмов;
-
методика формирования и оценки эффективности количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов транспортно-складских систем механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий на ранних стадиях процесса их проектирования, учитывающая организационно-производственные и технологические параметры реализуемого ими производственного процесса;
-
алгоритм и реализующее его математическое обеспечение для ЭВМ структурно-параметрического синтеза транспортно-складских систем механосборочных и вспомогательных цехов и участков машиностроительных предприятий.
Степень достоверности результатов. Достоверность полученных результатов обусловлена использованием фундаментальных теоретических положений, адекватностью разработанных математических моделей реальным про-5
цессам, использованием объективных исходных данных о структуре парка машин и агрегатов транспортно-складских систем, полученных в заготовительном производстве ОАО «Тулаточмаш».
Апробация результатов. По теме диссертации автором опубликовано 28 научных работ (16 - единолично, остальные – в соавторстве), в том числе 4 статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, общим объемом 7,7 п. л., в том числе авторских – 5,9 п. л.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2012-2015 гг. на XVI-XIX Московских международных межвузовских научно-технических конференциях студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехниче-ские комплексы» (г. Москва, 2012-2015 гг.), VII-VIII молодежной научно-практической конференции Тульского государственного университета «Молодежные инновации» (г. Тула, 2012-2013 гг.), 3-й Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное развитие образования, науки и технологий» (г. Тула, 2012 г.), XVII-XIX международных научно-технических конференциях «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (г. Тула, 2012-2014 гг.), XV международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы техники и технологии – Технология-2012» (г. Орел, 2012 г.), XXXVIII Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (г. Москва, 2012 г.), XI Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» (г. Тула, 2012 г.), V Международной научно-технической конференции «Машиностроение – основа технологического развития России (ТМ-2013)» (г. Курск, 2013 г.), международной дистанционной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки и производства» (г. Кемерово, 2014 г.), Международной научно-технической конференции «Наземные транспортно-технологические комплексы и средства» (г. Тюмень, 2015 г.), II-ой Международной молодежной научно-практической конференции «Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование» (г. Курск, 2015 г.), выставке «Экология и ресурсосбережение: инновационные технологии» (г. Тула, 2013 г.), выставке «Изобретатель и рационализатор – 2014» (г. Тула, 2014 г.). Работа представлена на Конкурс 2015 года на соискание медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых России.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения и общих выводов, библиографического списка из 138 наименований и приложений. Работа включает 117 страниц машинописного текста, 33 рисунка, 21 таблицу и приложения на 32 страницах. Общий объем диссертации составляет 183 страницы.
Структурный синтез
В современных условиях предприятие является основным звеном рыночной экономики, что вынуждает переходить на выпуск новой номенклатуры продукции или существенно ее расширять в соответствии с требованиями рынка, организационно перестраиваться. Взамен крупных возникает много малых предприятий механосборочного профиля, выпускающих продукцию широкой номенклатуры, гибко реагирующих на изменение потребностей рынка и мало отличающихся от средних и малых механосборочных или вспомогательных цехов по своей организационной структуре, при этом решаются задачи комплексной механизации основных и вспомогательных процессов и операций изготовления машиностроительной продукции [2]. Такой процесс модернизации производства неразрывно связан и с формированием количественной и качественной структуры парка машин и агрегатов транспортно-складской системы (ТСС), являющейся основным организующим и связующим звеном производственного процесса, осуществляющим накопление, хранение, учет, распределение и транспортирование заготовок, деталей, инструмента и т. п.
К транспортно-складским системам относятся системы, содержащие механизмы и установки, предназначенные для выполнения транспортных, складских и погрузочно-разгрузочных операций.
Вопросом проектирования машиностроительных предприятий посвящены работы многих авторов, среди которых можно выделить М.Е. Егорова, Д.В. Чарнко, Н.Н. Хабарова, Е.С. Ямпольского, Ю.М Соломенцева, В.П. Вороненко, Л.А. Васина, А.Н. Иноземцева, В.Ю. Анцева, Г.В. Шадского и др. [2-7]. Подходы к решению вопросов, связанных с созданием или модернизацией как самих производств, так и их отдельных звеньев, разнятся и поражают своим многообразием.
Так в работе Л.О. Сердюковой разрабатывалось решение задач проектирования транспортно-складских работ, сопутствующих материальным потокам в цехах машиностроительных предприятий [8]. В диссертации Наянзина К.Н. решаются вопросы синтеза структурно-компоновочных решений АНС на ранней стадии их проектирования [9].
В работе В.В. Лобуза разрабатывалось решение задач повышения эффективности проектных решений и снижения их трудоемкости при технологической подготовке производства, разработке проектов технического перевооружения, а также при проектировании новых цехов серийного производства [10].
В диссертации В.И. Воротынцева оптимизируются параметры производственно-транспортных процессов на машиностроительных предприятиях с позиций комплексной технологии производства [11]. Работа Радаева А.Е. посвящена разработке методики формирования структуры парка подъемно-транспортного оборудования складской системы тарно-штучных грузов [12].
В труде Смехова А.А. рассмотрены рациональные варианты объемно-планировочных решений для крупных транспортно-складских комплексов, технические средства автоматизации погрузочно разгрузочных и складских операций, планирование транспортно-складских процессов и управление ими [13]. Для всех вопросов, связанных со строительством новых или модернизацией существующих предприятий, необходимым условием является создание проектов. В свою очередь проект промышленного предприятия состоит из трех основных частей, которые взаимообуславливают и дополняют друг друга: – содержание, или функция – это технология; – форма, в которую заключено содержание; – объемно-планировочное решение и система жизнеобеспечения и обслуживания производства – инженерные решения. Проект – это комплекс технических документов, содержащих описание, расчеты, чертежи, макеты зданий и сооружений, предназначенных к постройке или реконструкции [14]. Таким образом, проект основан на выборе инженерных решений и строительных конструкций для создания объемно-пространственной, эстетически и технически совершенной композиции промышленного предприятия, удовлетворяющего требованиям экономики и современной организации строительства.
Проектирование и строительство всех промышленных объектов осуществляют на основе утвержденных государственными органами норм и предписывающих документов, сгруппированных по видам, направлениям проектной строительной деятельности и отраслям промышленности (рисунок 1.1) [14].
Складские системы механосборочных цехов машиностроительных предприятий
Для обеспечения полноценной работы механосборочных цехов в их составе должен быть предусмотрен целый комплекс складов. К ним относятся склады металла и заготовок, межоперационные склады, склады деталей, узлов и комплектующих изделий, склады готовых изделий, кладовые технологической оснастки.
Структура складской системы во многом определяется организационной формой механосборочного производства, типом и функциональными возможностями транспортной системы, технологическими особенностями производства изделий.
В поточно-массовом производстве, где работа производственного оборудования подчинена единому такту выпуска, необходимость в межоперационных складах отпадает. В то же время в серийном производстве, где на одном и том же оборудовании последовательно изготовляют партиями детали, а сборку изделий можно начать только после изготовления всех деталей, необходимо иметь межоперационные и достаточно мощные комплектовочные склады готовых деталей и узлов. При этом склады взаимодействуют с производством не непосредственно, а через транспортную подсистему, что обусловливает общность целей транспортной и складской подсистем, их взаимодействие и взаимозависимость.
При централизованной системе создается один склад или блок складов, размещенных в одном месте, при децентрализованной - несколько складов и накопителей. Наиболее гибкой, получившей наибольшее распространение, является комбинированная система, когда наряду с центральным складом применяются дополнительные межучастковые склады (в цехах) или локальные накопители (на участках).
Для выполнения погрузочно-разгрузочных работ (разгрузки прибывающих грузов; передачи грузов в зону действия кранов-штабелеров; выдачи грузов на внутренний транспорт; укладки изделий в тару, на приспособления-спутники и т. п.) склады оснащаются различными вспомогательными перегрузочными устройствами. К таким устройствам относятся: - столы и накопители, встроенные в конструкции стеллажей; - столы точного позиционирования (с фиксирующими устройствами для точной установки тары и кассет); - столы подъемные и поворотные; - перегрузочные роботы; - манипуляторы; - толкатели; - подъемники др. - Элементы хранения грузов Поддоны
Используют два типа поддонов [91]: - ящичные с крышкой или без нее, имеющие не менее трех вертикальных закрепленных, съемных или складных стенок (цельных, решетчатых или сетчатых); - стоечные со съемными стойками и съемной обвязкой или без обвязки; несъемными стойками и обвязкой съемной, несъемной, повторной или без обвязки.
Для средних и крупных цехов, особенно при большой номенклатуре заготовок, более целесообразно хранение заготовок в таре на стеллажах. Стеллажи имеют следующие преимущества по сравнению со штабельной формой складирования: более полное использование объема склада за счет увеличения высоты складирования; строгое фиксирование грузов в зоне хранения, что обеспечивает порядок и организацию на складе, облегчает учет грузов и дает возможность автоматизировать хранилища; возможность взятия груза из любого яруса по высоте.
В свою очередь среди погрузчиков с бензиновым двигателем выделяются еще погрузчики, работающие на сжиженном газе. Самоходные погрузчики получили значительное распространение благодаря своей функциональности, неприхотливости к качеству полов, маневренности и мобильности, однако они обладают рядом недостатков [93]: - не позволяют выполнять складирование грузов на высоте свыше пяти метров, что приводит к снижению коэффициента использования объема склада; - при обслуживании крупных складских комплексов значительно снижается их эффективность; - требуется постоянное присутствие производственного персонала; - нет возможности для комплексной автоматизации складского хозяйства. 2) Самоходные ведомые электроштабелеры c поворотной рукояткой становятся все более популярны. Это достаточно недорогое и эффективное техническое средство с успехом используется для укладки пакетированных грузов на поддонах и погрузки-разгрузки автотранспорта на небольших складах. Основное преимущество их перед противовесными вилочными погрузчиками заключается в том, что штабелеры требуют в полтора-два раза меньше места для маневра.
Электроштабелеры с подъемными вилами и поворотной рукояткой, управляемые сопровождающим их оператором, пригодны для выполнения транспортных задач на участках поступления и отправки грузов, для загрузки и разгрузки автомашин, а также для обслуживания стеллажей на высотах до 6 м. Это оборудование часто используется также в комбинации с фронтальными вилочными погрузчиками и штабелерами с выдвижной мачтой (рич-траками).
Несмотря на все достоинства, ведомые электроштабелеры неспособны обслужить значительные грузопотоки. Это связано с особенностями их конструкции, ведущими ко второму недостатку – неадекватное отношение ко всевозможным неровностям пола, из-за чего срок службы техники существенно снижается, если эксплуатировать штабелер, на складских полах с различными шероховатостями, металлическими выступами и порогами и т. д. 3) Рич-траки – это самоходные высокоподъемные штабелеры с кабиной для оператора и выдвигающимся грузоподъемником. Рич-трак получил значительное распространение в связи с его высокой маневренностью (что крайне важно в условиях дефицита складских площадей) и доступной ценой. По своим характеристикам рич-трак вполне сопоставим с небольшим погрузчиком, а иногда и превосходит его: грузоподъемность – до 2 т, высота подъема – до 6 м, расстояние между стеллажами – до 2,7 м и радиус разворота всего в 1,5 м. Рич-траки, как и большинство напольных штабелеров, имеют следующие характерные недостатки:
Анализ составляющих капитальных вложений при проектировании транспортно-складских систем
Генетический алгоритм представляет собой метод, отражающий естественную эволюцию задач оптимизации. «Генетический алгоритм -это процедуры поиска, основанные на механизмах естественного отбора и наследования. В них используется эволюционный принцип выживания наиболее приспособленных особей» [43].
В генетическом алгоритме наименьшей неделимой единицей биологического вида, подверженной действию факторов эволюции, является особь а\, (индекс к обозначает номер особи, а индекс t некоторый момент времени эволюционного процесса), которая в интерпретации решаемой задачи будет выступать в качестве сгенерированного варианта транспортно-складской системы. В качестве аналога особи а\, в экстремальной задаче однокритериального выбора принимается произвольное допустимое решение х є D, с присвоенным t . Наименьшей неделимой единицей, характеризующей в именем а, экстремальной задаче однокритериального выбора внутренние параметры на каждом t-м шаге поиска оптимального решения, которые изменяют свои значения в процессе максимизации (минимизации) критерия оптимальности Q, является вектор управляющих переменных х2,..., хп). Для описания сгенерированных вариантов ТСС необходимо ввести два типа вариабельных признаков, отражающих качественные и количественные различия между вариантами по степени их выраженности [120]: - качественные признаки - признаки, которые позволяют однозначно разделять совокупность вариантов на четко различимые группы; - количественные признаки - признаки, проявляющие непрерывную изменчивость, в связи с чем степень их выраженности можно охарактеризовать числом.
Качественные признаки варианта транспортно-складской системы а\ определяются из символьной модели экстремальной задачи однокритериального выбора как кодировка s(x), соответствующая точке х с именем а, и составляющие ее бинарные компоненты ( 1(A) 2(M.. (/U Приведем интерпретацию этих признаков в терминах хромосомной теории наследственности.
В качестве гена (вершины N-дольного графа) - единицы наследственного материала, ответственного за формирование альтернативных признаков варианта ТСС, в хромосомной теории наследственности обозначим комбинацию (д), которая определяет фиксированное значение целочисленного кода управляющей переменной Xj. Каждый вариант ТСС характеризуется п вершинами N-дольного графа, а структуру строки s(x)=(S1,s2,...,sn) можно интерпретировать хромосомой (решающим графом), содержащей п сцепленных между собой вершин TV-дольного графа, которые следуют друг за другом в строго определенной последовательности.
Обозначим Хк значение вершины решающего графа варианта транспортно-складской системы а\: %1 = Х І а ,z2{al,...,Zn{al}= 4 )=(s1, s2,... п). Согласно хромосомной теории наследственности передача генетической информации будет осуществляться через значения вершин решающего графа от «родителей» к «потомкам».
Местоположение определенной вершины в самом решающем графе называется локусом, а альтернативные формы одной и той же вершины решающего графа, расположенные в одинаковых местах в графе, называются аллелями (аллелеформами).
Вершина решающего графа, заполненная конкретными значениями, называется генотипом. Генотип - это строковая кодировка, состоящая из символов бинарного алфавита. Кодировка S(X)GS соответствует решению исходной задачи оптимизации xeD. Конечное множество всех возможных вершин решающего графа образует генофонд (genofound). В задаче поиска оптимального варианта ТСС генофонд совпадает с пространством поиска оптимального варианта транспортно-складской системы S.
При взаимодействии варианта ТСС с внешней средой его строковая кодировка порождает совокупность внешне наблюдаемых количественных признаков характеристик У1,У2,...,Ут, называемых фенотипом у\а, ).
С помощью критерия оптимальности Q, можно получить оценку фенотипа, которую можно интерпретировать как приспособленность ju варианта ТСС а{. Под приспособленностью варианта транспортно-складской системы // принято понимать склонность этого варианта выживать и воспроизводиться в конкретной внешней среде, значение которой обычно запоминается для каждого из вариантов ТСС.
Таким образом цель эволюционного развития вариантов ТСС сводится к определению такой хоромосомы, выраженной строковой кодировкой, принадлежащей конечному множеству всех вариантов, которая обеспечивает наибольшую приспособленность к внешней среде.
В качестве ареала - области, в пределах которой только и могут встречаться варианты ТСС, участвующие в эволюционном процессе, будем рассматривать область поиска D. Совокупность вариантов транспортно-складских систем а\, at принадлежащих области поиска D, образует популяцию Р1. Число и, характеризующее количество вариантов ТСС, образующих популяцию, принято называть численностью популяции. В качестве количественного признака можно использовать степень приспособленности вариантов транспортно-складской системы /и. В том случае, когда для дифференциации особей а{ используется качественный признак, например, генотип s(x). В качестве меры «близости» значений вершин графа щ и а у можно использовать число несовпадающих по своим значениям геном в строках %\ и Xі j . Такую оценку называют Хэмминговым расстоянием, которая рассчитывается по формуле: где - операция суммирования по модулю 2. В дальнейшем эволюцию популяции Р1 будем понимать в ограниченном смысле как чередование поколений, в процессе которого варианты ТСС изменяют свои вариабельные признаки таким образом, чтобы каждая следующая совокупность вариантов транспортно-складских систем, принадлежащих области поиска D (популяция), проявляла лучшую степень приспособленности к внешней среде.
Целью генетического поиска является поиск варианта ТСС с наибольшей степенью приспособленности. В нашем случае для оценивания вариантов ТСС методом генетических алгоритмов в качестве степени приспособленности будет выступать целевая функция минимизации приведенных затрат (п. 3.1). Тогда степень приспособленности примет вид: // = ЗE+y = С + ЕНК + S-F- min. (3.31). На выбор оптимального варианта ТСС налагаются ограничения вида gj 0. В данном случае они имеют следующие значения: = экспл- теор , (3.32) где qэксп л - эксплуатационная производительность; qтеор - теоретическая производительность. Методика определения переменных, входящих в ограничение (3.32), представлена в п. 2.4. Данное ограничение выделяет для дальнейшего анализа варианты ТСС, способные осуществить требуемый объем перевозок, имея достаточную производительность.
Обзор возможностей разработанного приложения
Для сформированных решающих графов разработанное программное обеспечение путем использования генетического алгоритма позволило сформировать ряд окончательных вариантов транспортно-складской системы. Ввиду невозможности реализации некоторых из них в конкретных условиях, для дальнейшего анализа были выбраны следующие варианты модернизации действующей транспортно-складской системы заготовительного производства: - первый вариант (рисунок 4.10), предусматривающий внедрение в зону разгрузки дополнительной опорной кран-балки KB1 пролетом 22,5 м и грузоподъемностью 3,2 тонны производства фирмы «ПромСтройМаш» с электроталью болгарского производителя «Елмот», поставляемые фирмой «Кранталь М», а в производственный участок вместо действующего подъемно-транспортного оборудования (кран-балок К5-К12) - 4 опорные кран-балки KB2-KB5 пролетом 10,5 м и грузоподъемностью 1 тонна производства фирмы «ПромСтройМаш» с электроталью болгарского производителя «Елмот», поставляемых фирмой «Кранталь М» [133, 134];
Схема второго варианта - третий вариант (рисунок 4.12): внедрение в зону разгрузки дополнительного самопередвижного консольного крана грузоподъемностью 3,2 тонны и вылетом консоли 5 метров производства компании «Грузоподъем», а в производственный участок – в замен рольганга (Р2) в 3-м пролете рельсовую тележку РТ1 грузоподъемностью 3 тонны и два полноповоротных консольных кранов PKK1-PKK2 грузоподъемностью 1 тонна и вылетом консоли 4 метра производства компании «Крандеталь» [136, 137]; - четвертый вариант (рисунок 4.13): замена четырех кран-балок, обслуживающих зоны разгрузки и зоны хранения (К1-К4), на две опорные кран-балки OKB1-OKB2 пролетом 10,5 м и грузоподъемностью 2 т фирмы «Грузоподъемное оборудование» с электроталью болгарского 126 производителя «Елмот», внедрение в зону разгрузки полукозлового крана PKK производства фирмы «БТ Кран», а в производственный участок консольного полноповоротного крана KPK грузоподъемностью 1 т с электроталью фирмы «Елмот» [133, 138];
Схема четвертого варианта - пятый вариант (рисунок 4.14): внедрение в зону разгрузки дополнительной мобильной крановой установки MKU1 грузоподъемностью 3,2 т и пролетом 5 метров производства фирмы «БТ Кран», в производственный участок вместо кран-балок (К5-К12) и рольганга (Р2) рельсовую тележку PT2 грузоподъемностью 3 т выпускаемой фирмой «Крандеталь», 2 опорные кран-балки KB1-KB2 пролетом 10,5 м грузоподъемностью 1 т с электроталью фирмы «Елмот» и две мобильные крановые установки MKU2-MKU3 пролетом 4 метра и грузоподъемностью 1 тонна производства фирмы «БТ Кран» [134, 135].
Процедура оценки анализируемых вариантов транспортно-складской системы аналогична описанной в разделе 3.5. Для расчета стоимости минуты ожидания технологического оборудования F по (3.28) использованы следующие значения: - в качестве объема товарной продукции Пр принималась выручка от реализации товарной продукции, которая по данным ОАО «Тулаточмаш» за 2014 год составила Пр = 1206,5 -106 рублей; - численность работников предприятия - Nр =1183 человека; - годовой фонд рабочего времени в 2014 году Ф = 118200 мин.
В этом случае средняя стоимость одной минуты ожидания технологического оборудования составит F = 8,62 руб.
Результаты расчета времени простоя технологического оборудования, полученные путем проведения имитационного моделирования работы заготовительного производства по сравниваемым вариантам, сведены в таблицу 4.3.
Как видно из таблицы 4.10 минимум приведенных затрат и величины потерь от простоя технологического оборудования достигается в варианте 5, предусматривающем установку в зоне разгрузки 1 дополнительной мобильной крановой установки (МКУ1) грузоподъемностью 3,2 тонны и пролетом 5 метров. На производственном участке предложено заменить кран-балки (К5-К12) и рольганг (Р2) рельсовой тележкой (РТ2) грузоподъемностью 3 тонны, двумя опорными кран-балками (KB1 и КB2) пролетом 10,5 метра грузоподъемностью 1 тонна и двумя мобильными крановыми установками (МКУ2 и МКУ3) пролетом 4 метра и грузоподъемностью 1 тонна. Для данного варианта приведенные затраты равны 7 141 017 руб. Для нерационального варианта 4, предусматривающего замену кран-балок (К1-К4) на две опорные кран-балки (К13-К14) пролетом 10,5 метров и грузоподъемностью 2 тонны, установку в зоне разгрузки полукозлового крана (ПК), а на производственном участке консольного полноповоротного крана (КК) грузоподъемностью 1 тонна, значение приведенных затрат равно 8 054 252 руб.
Внедрение предложенного варианта 5 позволит сократить приведенные затраты на 11,3 % и снизить время простоя технологического оборудования и, соответственно, вызванные им потери, на 17,8 %.
Подготовка предложения по реконструкции транспортно-складской системы ПАО «Дальневосточный завод энергетического машиностроения» Аналогичная процедура была проведена при разработке предложений по модернизации транспортной системы механосборочного производства компрессорного и энергетического оборудования в ПАО «Дальневосточный завод энергетического машиностроения» (г. Хабаровск). Предприятие специализируется на производстве, продаже и сервисном обслуживании компрессорного и энергетического оборудования для различных отраслей промышленности.