Разработка организационно-технологического обеспечения автоматизированных модулей машиностроительного производства (На примере машиностроительных предприятий Норильского промышленного района) Гурмач Зинаида Михайловна

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Анализ развития организационно-технологического обеспечения машиностроительного производства в Норильском промышленном районе 15

1.1 Анализ состояния и основные направления исследования машиностроительного производства 15

1.2 Системный анализ машиностроительного производства 22

1.3 Параметрическое упорядочение и структуризация параметров по рангам 27

1.4 Организационно-технологическое проектирование ПС на примере предприятий Норильского промышленного района 35

1.5 Анализ структуры задач, методов и средств, решаемых и используемых в диссертации 39

1.6 Выводы к главе 1 45

Глава 2. Общие тенденции реорганизации машиностроительного производства в Норильском промышленном районе а условиях комплексной автоматизации 47

2.1 Структурно-функциональный анализ ПС; модульность представления 47

2.2 Анализ машиностроительного производства в НИР как объекта исследования 56

2.3 Критерии оценки эффективности функционирования систем контроля и управления 69

2.4 Организация машиностроительного производства в Норильском промышленном районе 74

2.5 Системный анализ моделей 81

2.6 Выводы к главе 2 85

Глава 3 Организационно-технологический анализ адаптивного обслуживания модулей механообработки 87

3.1 Основные свойства и характеристики модуля механообработки как системы массового обслуживания. Критерии эффективности работы модулей 87

3.2 Оптимальный режим работы модуля при адаптивном времени обслуживания т0бсл= f (nt) 90

3.3 Организация производства при контроле и анализе брака 96

3.4 Организация адаптивного обслуживания при повторной механообработке одного изделия 101

3.5 Вывод к главе 3 107

Глава 4 Организационно-технологический анализ управления автомати зированными транспортными средствами по апертурным критериям управления 110

4.1 Системные принципы адаптивного управления 108

4.2 Формулировка и анализ основных свойств базовой модели 117

4.2.1 Организационно-экономический анализ СКУ дискретных сиcтем 118

4.2.2 Организационно-экономический анализ СКУ непрерывными процессам 120

4.2.3 Типовая модель СКУ как объект исследования 126

4.3.. Апертурная модель управления 130

4.4 Системы управления с приоритетом по «максимуму» 140

4.5 Выводы к главе 4 146

Заключение 148

Библиографический список

• Системный анализ машиностроительного производства
• Анализ машиностроительного производства в НИР как объекта исследования
• Организация производства при контроле и анализе брака
• Организационно-экономический анализ СКУ дискретных сиcтем

Введение к работе

Последствия осуществления рыночных реформ в РФ в большинстве случаев крайне негативно отразились на промышленных предприятиях. Отсутствие стратегически продуманной государственной политики совокупность неблагоприятных факторов привели к спаду производства, которое сократилось, по данным Госкомстата за 1990-1998гг., в два раза. Это привело к плохо управляемым негативным последствиям в производстве и инновационной деятельности.

Обеспечение устойчивого развития российской экономики требует системно согласованных решений задач производственного, технологического, социально-экономического плана.

Необходимо изменить организационно-технологические формы предприятия, провести реструктуризацию производства, перестроить ее под решение новых задач, разработать и внедрить новую организационную структуру и культуру, разработать основные принципы инновационной деятельности с учетом современных требований.

После определенного периода кризиса и застоя назрела жизненная необходимость перестройки управления экономикой на основе всесторонней рационализации производства с переходом на интенсификацию создания технологии трудо- и фондосберегающего типа, ее эффективного использования. Это в первую очередь предполагает разработку системно согласованного комплекса организационно-технологических мероприятий по нахождению оптимальных решений управления производством с учетом всех факторов и рекомендаций по стратегическому управлению инновационной деятельностью, что в целом определяет динамику НТП. Управление инновационной деятельностью заключается в первую очередь в осуществлении перспективных разработок новой техники и технологии на базе автоматизированных систем: научных исследований (АСНИ), проектирования (САПР), технологи ческой подготовкой производства (АО 1111), производства (АП), в частности гибкого автоматизированного производства (ГПС). Таким образом, процесс «исследование-производство-эксплуатация» (ИПЭ), реализующийся на базе автоматизированных систем, объективно отражает полный жизненный цикл нововведений с учетом динамики НТП.

Данная проблема для российской экономики была сформулирована и стала реализовываться 20-25 лет назад. На этапе перехода экономики на рыночные отношения эта проблема ни в теоретическом, ни в практическом плане не реализовывалась. Уделялось внимание, в основном, политическим и социально-политическим вопросам. Этот период характеризуется спадом производства, снижением технического и научного потенциалов, нарушением всей инфраструктуры обеспечения циклов ИПЭ. В настоящее время проблема автоматизации определяет основной в перспективе путь развития российской экономики вне зависимости от форм собственности, т.к. только рациональное и конкурентоспособное производство лежит в ее основе. Таковы объективные законы развития экономики. В связи с этим в настоящее время интерес к данной проблеме восстанавливается.

Проблема рационализации и, в частности, автоматизации производства усугубилась обвальным сокращением численности работников, связанным как с сокращением производства, так и с его рационализацией, - это породило новое для российской действительности явление социальной напряженности, которое существенно влияет на реализацию организационно-технических и экономических задач. Эта проблема превратилась в системную, охватывающую целое направление, которое можно охарактеризовать как организационно-техническое и организационно-экономическое проектирование производственных систем (ПС); оно требует привлечения специалистов различных направлений и специальностей, различных методов и средств исследования.

Существенный вклад в развитие теории управления организационно-технологическими системами внесли многие российские и зарубежные ученые: К.А.Багриновский, В.Т.Борисович, В.Н.Бурков, В.Л.Волкович. Ю.Б. Гермейер, В.Г.Засконов, В.А.Ириков, А.К.Еналеев, В.В.Кондратьев, А.Ф.Кононенко, Н.Н.Моисеев, Д.А.Новиков, В.В.Федоров, K.Arrow, T.Groucs, A.Gibbard, O.Hart, E.Maskin, R.Myerson, R.Radner и другие.

Данная постановка проблемы и ее решение особенно актуальны для районов Крайнего Севера и Дальнего Востока, поскольку при рыночном регулировании промышленного производства экономически выгодно повышение технического уровня производства, замещение труда рабочих капиталом (техникой), т.е. особенно выгодна трудосберегаемая технология. Создание автоматизированных систем, характеризующихся комплексной автоматичностью и гибкостью, существенно усложняется, охватывая область технических, организационно-технических и социально-экономических вопросов.

Организация производства машиностроительного профиля, входящего составной частью в структуру предприятий горно-металлургического комплекса, является важнейшей проблемой повышения эффективности использования всех видов ресурсов и, следовательно, эффективности производства в целом; она особенно актуальна для предприятий НИР, градообразующая основа которого - Норильская Горная Компания (НТК).

Предприятия НТК в настоящее время наращивают производство металла, стремятся снижать производственные издержки — жесткая конкуренция на мировом рынке диктует требования рационализировать производство, снижать затраты на всех этапах сложного производственного цикла, автоматизировать производственные объекты, обеспечив тем самым экономию «живого» труда. Поэтому решение задачи рационализации производства, нахождение методов и моделей анализа и синтеза организационно-технических структур для предприятий, находящихся в сложных климатических условиях Крайнего Севера, является особенно актуальным.

Комплексная автоматизация (КА) обеспечивает неуклонное полным темпом повышение эффективности промышленного производства, решение проблемы сокращения рабочих, занятых на ручных и вспомогательных операциях, проблемы повышения сменности работы предприятия, усиления режима экономики, снижения энерго- и материалоемкости выпуска продукции и их себестоимости.

КА процесса создания и нововведения и, в частности, его заключительной фазы - производство является длительным эволюционным процессом, сопровождающимся структурными изменениями в технологии производства, ее управлении, планировании в социальном составе работников. Этот процесс охватывает все стороны хозяйственной деятельности, вызывает трудно измеримые социально-экономические последствия и определяет глубину перспективного прогнозирования и планирования НТП, измеряемого десятками лет. Этот процесс отражает динамику НТП, его темп.

Применение системного анализа сужает многообразие производственных ситуаций и технологических моделей, поскольку количество системных параметров по сравнению с количеством технологических значительно меньше. Указанное абстрагирование снижает на первом системном этапе исследования информативность объекта, но зато единственным образом позволяет его изучить, более того, дать оптимальные режимы его функционирования, использовать стандартные математические модели, алгоритмы, программы. Далее, используя результаты системного анализа, осуществляется переход к технологическому, более детальному формальному описанию объекта.

Схема системного подхода (анализа) следующая:

- технологическое описание объекта;

- анализ параметров, функционально охватывающих весь набор технологических;

- поиск и реализация модели с ограниченным набором системных параметров;

- системный анализ модели;

- расширение модели с включением технологических параметров;

- технологический анализ модели и объекта.

Сложная производственная система состоит из двух уровней: технологического и управления. Автоматизация производственных процессов этих уровней обеспечивается АСУТП и АСУП соответственно.

В данной работе рассматриваются проблемы автоматизации технологических систем, в частности, модулей обработки и транспортирующих модулей.

Особо важное место в процессе КА занимает гибкая технология, основными свойствами которой являются гибкость (адаптивность), автомати-зованность (автоматичность) и комплексность. Первое свойство — адаптивность - обеспечивает переналаживаемость оборудования, оснастки в автоматизированном (автоматическом) режиме, что существенно сокращает время на переналадку и, следовательно, повышает эффективность использования оборудования. Второе свойство — автоматичность — обеспечивает скорость, ритмичность, точность, надежность выполнения производственных операций, сокращение численности работников, что отражается в термине «квазибезлюдная технология». Третье свойство — комплексность — обеспечивает автоматизацию всех основных и вспомогательных процессов на всем технологическом маршруте. Принцип адаптации производственных систем существенно меняет их возможности, позволяет быстро перестраиваться с одной производственной программы на другую, менять структуру и алгоритм функционирования при изменении внешних и внутренних условий. Однако эффективность его использования возможна только в сочетании с другими двумя указанными свойствами.

Необходимость внедрения ГПС и ИПК в целом вызвана объективными требованиями уменьшения затрат материальных и людских ресурсов при расширяющейся номенклатуре изделий. Известно, что до 80% общего объема промышленного производства приходится на единичное и мелкосерийное производство, а это при «жесткой технологии» вызывает необходимость ручной переналадки оборудования с производства одного вида продукции на другой; выход из строя оборудования технологической цепочки вызывает также простои, что существенно понижает эффективность использования оборудования (до 10- 20%); недостаток трудовых ресурсов и наличие социальных проблем в этой области ограничивает возможность увеличения сменности работы предприятий при использовании строго традиционного оборудования - это указывает на то, что резервы экстенсивного производства исчерпаны. Гибкая технология при автоматизированном (автоматическом) режиме облегчает повышение сменности работы предприятия, включая работу в третью (ночную) смену в автоматическом режиме при настройке оборудования на заданную номенклатуру при малом составе работников.

В стране проблема комплексной автоматизации на базе гибкой технологии в различных модификациях и акцентах рассматривается уже с 70-х годов. На начальном этапе основное внимание при внедрении средств автоматизации уделялось роботизации отдельных производственных процессов, заменяющих труд отдельных работников. В последние годы проблема расширилась, охватив все фазы процесса создания новой техники: научно-исследовательские работы (НИР), опытно-конструкторские работы (ОКР), опытное производство, производство и эксплуатация с другой стороны.

Таким образом, КА МП в НИР является одной из основных научных проблем. Следовательно выбор темы диссертации, относящейся к автоматизации основных категорий функций: обработка — хранение - транспортировка является чрезвычайно актуальной, а задачи скорейшего ее внедрения определяет динамику HT1L

Исходя из системного анализа, можно определить комплекс задач, которые обеспечивают достижение поставленной цели:

1. Анализ действующих машиностроительных предприятий НИР и темпов внедрения на них КА с учетом специфических условий Крайнего Севера.

2. Представление машиностроительного производства в НИР в виде иерархических структур модулей и соответствующих им функций; обоснование выбора в качестве объекта исследования гибких технологических модулей механообработки и транспортирования.

3. Параметрическое упорядочение показателей МП и их структуризация по рангам, адекватно соответствующим организационной структуре МП. Обоснование выбора критериев точности и эффективности.

4. Разработка оптимального алгоритма управления адаптивным модулем механообработки в режиме нормального функционирования;

5. разработка организационно-технологических мероприятий, обеспечивающих реализацию оптимального алгоритма по критериям минимума экономических потерь.

6. Анализ алгоритмов управления адаптивным модулем механообработки в автоматизированных режимах обнаружения брака; разработка организационно-технологических мероприятий, реализующих данные алгоритмы.

7. Анализ и синтез оптимального алгоритма управления модулем транспортирования. Разработка организационно-технологических мероприятий, реализующих данный алгоритм.

8. Разработка организационных положений по реализации инновационной динамики автоматизированного машиностроительного производства в НПР

Объектом исследования являются машиностроительные предприятия НПР, организация производства и управления в процессе комплексной автоматизации.

Предметом исследования являются методы и модели принятия решений в организации управления машиностроительным производством при осуществлении комплексной автоматизации.

Любые исследования характеризуются степенью неопределенности, следовательно, при стратегическом и тактическом планировании комплекса исследований необходимо определить иерархическую структуру направлений, проблем, задач и определить технологию последовательности, которая в наибольшей степени раскроет сформулированную гипотезу исследований. Последовательность исследования должна подчиняться следующей технологии: предмет - метод - средство.

МП, в частности МП НПР относится к сложным производствам, исследование которого должно базироваться на комплексе логико-формальных правил и математических методов. Основными методами, которые используются и разрабатываются в диссертации, являются следующие:

- упорядочение и структуризация параметров;

- системный анализ; в частности, системно-функциональный ана лиз;

- теория адаптации в сложных системах;

- апертурные методы контроля и управления;

- теория оптимального управления, применима к апертурным методам.

К вычислительным средствам, которые реализуют данные математические методы необходимо отнести стандартные статистические и имитационные пакеты прикладных программ (ПГШ).

Представленный комплекс задач и методов их решения определяют со бой новую научно-практическую задачу. На защиту выносятся основные положения и результаты исследования, полученные лично автором:

- методика упорядочения и структуризации параметров — критериев по уровням, соответствующим иерархическим организационно-технологическим и функциональным структурам МП;

- методика соответствующей последовательной процедуры анализа и синтеза модулей МП;

- усовершенствованная методика оценки структурной, алгоритмической и параметрической адаптивности модулей механообработки и транспортирования МП по предложенным автором критериям их точности и эффективности;

- основные результаты анализа и синтеза адаптивного модуля механообработки в режимах нормального функционирования и при обнаружении брака;

- организационно-технологические процедуры реализации данных режимов;

- разработка динамической модели модуля автоматизированного транспортного средства с учетом системных факторов: стохас-тичности, скорости, величин порогов управления;

- основные результаты анализа и синтеза адаптивного модуля транспортирования и организационно-технологические особенности его функционирования.

Практическая значимость результатов исследования состоит в возможности их использования на машиностроительных предприятиях в условиях их инновационной динамики автоматизации производства.

Результаты диссертационного исследования были использованы в научных и технологических разработках НИИ и института «Норильскпроект» при обосновании и нахождении рациональных путей автоматизации МП НПР.

Разработанные в диссертации адаптивные алгоритмы механообработки и транспортирования могут служить основой для создания соответствующих пакетов прикладных программ (111111); предложенная процедура граф-анализа расчета функционирования модулей механообработки и транспортирования может быть использована для построения блок-схем соответствующих задач анализа и синтеза.

Предложенный модульный принцип при исследовании ATM позволяет упростить процедуру анализа и расширить его на любую структурно-функциональную организацию МП.

Разработанные алгоритмы функционирования ATM механообработки и транспортирования и организационно-технологические процедуры их реализации используются в научно-технических материалах по созданию ИГЖ МП НПР.

Разработанные алгоритмы, расчеты и выводы, полученные в диссертации, вошли в учебное пособие «Организационно-технологическое проектирование адаптивных модулей механообработки и транспортирования», которое использовано в курсах «Экономика и организация производства» и «Системный анализ». Пособие рекомендовано студентам технологического факультета при выполнении НИР, слушателям факультета повышения квалификации, аспирантам соответствующих специальностей

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографии. Общий объем диссертации состоит из 171 страницы, включая 9 таблиц, 19 рисунков, 152 наименования использованной литературы.

В первой главе рассмотрены основные закономерности динамики развития машиностроительного производства (МП) с учетом того, что МП в НПР органично связано с ведущим в стране горно-металлургическим комп лексом, проанализированы направления и необходимость развития комплексной автоматизации производственных процессов МП на базе гибких технологий.

Осуществлен классификационный анализ КА МП в НПР технологических процессов по уровню и глубине адаптации. В исследовании раскрыты организационные основы методических принципов анализа и синтеза систем механообработки: приведен классификационный анализ МП в виде иерархической системы модулей.

При анализе показателей точности производственных модулей доказано, что наиболее адекватным является критерий доверительного интервала с доверительной вероятностью, которую в дальнейшем будем называть «вероятностью отклонения».

Во второй главе использованы принципы системного анализа при осуществлении комплексной автоматизации производства (КАП), рассмотрены обеспечивающие процедуры его реорганизации. Описан процесс создания нововведений - технологий и изделий в режиме ИГПС

В работе рассмотрены характерные особенности модулей различного уровня. Рассмотрена взаимосвязь различных типов структурной, алгоритмической и параметрической адаптации двух видов: пассивной и активной. На основании критериев эффективности - апертурных методов дан системный анализ апертурных алгоритмов управления технологическими параметрами.

В третьей главе исследованы адаптивные алгоритмы функционирования ATM механообработки и обоснованы организационные принципы pea лизации данных алгоритмов. Представлен граф-анализ технологического расчёта адаптивного алгоритма (АА).

В четвертой главе рассмотрены вопросы организации движения АТС. Разработана динамическая модель модуля автоматизированного транспортного средства с учетом системных факторов: стохастичности, скорости, величин порогов управления. Разработаны алгоритмы адаптивного управления АТС и новые подходы к их организационным мероприятиям.

Системный анализ машиностроительного производства

При всем многообразии свойств, характеристик, параметров, целевого назначения, необходимо системно провести анализ машиностроительного производства (МП) по ключевым понятиям и категориям. Таким образом, чтобы их упорядочить и структурировать по целому набору критериев, их иерархической приоритетности, функционального назначения и подчиненности.

Представим классификационный анализ МП по основным свойствам. Традиционно разобьем МП на три класса: - дискретные производственные системы (ДПС), у которых входные и выходные параметры являются дискретные потоки различного вида; - непрерывно-дискретные (НДПС) и дискретно-непрерывные (ДНПС) производственные системы, когда входные и выходные параметры опреде ляются названием системы соответственно; — непрерывные производственные системы (НПС) — системы, у которых входными и выходными параметрами являются случайные непрерывные производственные процессы.

К машиностроительному производству, в большинстве случаев, следует отнести ДПС. Действительно, производственные процессы, такие как механообработка: резка, токарная обработка, сверление и т.д. можно отнести к дискретным производственным системам.

Для любых производственных систем можно выделить три базовые системные элемента: обрабатывающие устройства (ОУ), устройства хранения (УХ) (в широком смысле), транспортирующие устройства (ТУ).

В комплексе базовых подсистем основными являются обрабатывающие устройства или основное технологическое оборудование, определяющее профиль ПС. Так, в ПС механической обработки таким оборудованием являются металлорежущие станки. Кроме того, к обрабатывающим устройствам будем относить также контролирующие ячейки и другое вспомогательное технологическое оборудование, с помощью которого в течение некоторого времени производиться изменение физико-химических свойств объектов производства (промывка, сушка и т.п.). С системных позиций к обрабатывающим устройствам можно отнести и людей - исполнителей в обычных производствах, однако формальное описание людей, как ОУ, намного сложнее технических, т.к. они описываются большим набором «технологических» параметров, каждый из которых является стохастическим по своей природе.

Основополагающим понятием является структурно-функциональная организация (СФО) ПС, — образование этого понятия исходит из системного анализа, основными свойствами которых является: - множество элементов различной природы (станки, оборудование люди); - множество связей различной природы (материальные, информационные, финансовые) между элементами; - множество критериев; - иерархичность; - многофазомость.

Тогда естественно, что любая СФО композиционно формируется из данных трех системных элементов: ОУ, УХ, ТУ и исходя из множества возможных комбинаций из них возможно множество СФО. Они различны по конструкторско-технологическим свойствам, содержанию материальных потоков и их характеру. А многообразие элементов различной природы и алгоритмов функционирования ПС тем более обуславливает многообразие СФО ПС. Оно чрезвычайно велико и практически невозможно исследовать каждую встречающуюся на практике структуру. Для удобства исследования целесообразно ПС представить в двух видах: системном и технологическом.

Тогда на уровне обобщенных характеристик ПС представляются в виде системных моделей, которые удобно анализировать, используя математические методы и соответствующие пакеты прикладных программ. ПС обладают чрезвычайно сложной СФО, поэтому для получения положительного результаты исследования задача заключается в разбиении всей СФО на условно-независимые фрагменты, каждый из которых представляется объектом анализа.

Анализ машиностроительного производства в НИР как объекта исследования

В работе рассматриваются две основные системные функции: механообработка и транспортировка. Каждая из указанных системных функций реализуется на конструктивно-технологическом уровне отдельным классом устройств, разбивающихся в свою очередь на виды, типы и типоразмерные ряды. Системный анализ не учитывает конструктивно-технологические особенности ПС, что систематизирует и, значит, упрощает анализ, сужает число рассматриваемых параметров и позволяет образовать ограниченное множество типовых моделей, каждая из которых описывается в единых системных терминах, например: временем обработки (обслуживания) для устройств обработки; скоростью (временем) перемещения для транспортных систем.

Данные характеристики являются интегральными, скалярными и представляют собой многопараметрические функции от конструктивно-технических и технико-экономических параметров.

Исходя из принципа иерархических функциональных связей и структуризации параметров, определим уровни рассматриваемых характеристик: ос новные и частные функционально-системные, алгоритмические, технологические (таблицы 2.1-2.2).

Обрабатывающие устройства (ОУ) определяют тип технологического оборудования и, следовательно, профиль ПС. Так ПС механообработки комплектуется из групп металлорежущих, фрезерных, сверлильных и т.д. станков. К этим системам относятся и вспомогательное технологическое оборудование. Исходя из системных позиций, для организационных информационных систем обрабатывающими устройствами являются люди и ЭВМ.

В приведенных таблицах приводятся системные характеристики адаптации. В работе [119] дано достаточно общее определение адаптации: "...это такая реакция на изменение условий (помех, возмущений), которая противодействует действительному или возможному снижению эффективности функционирования систем".

Вопросам адаптации посвящено много работ российских и зарубежных авторов [2,4,5,145,1,119]. В связи с развитием отдельного системного анализа и больших ПС, в частности, развитием машиностроительного производства возникла необходимость целевого переосмысления понятия адаптации, ее классификации по определенным свойствам, ранжирования этих свойств по определенной шкале и определения экономически целесообразных диапазонов их использования при различных производственных ситуациях. Различают два вида адаптации: пассивная и активная [144,145]. Пассивная адаптация характеризуется поведением системы, направленным на оптимизацию ее показателей (критериев эффективности) при изменяющейся среде, активная адаптация, когда система сама изменяет среду с целью оптимизации выбранных критериев.

В настоящее время различные классификационные подходы, затрагивают некоторые частные свойства адаптационного механизма ПС — при бесчисленном многообразии конструктивно-технологических и производственных ситуаций можно дать такое же число видов адаптации.

Можно выделить два класса объектов: непрерывные и дискретные. Адаптивные механизмы непрерывных объектов адекватно описываются аппаратом теории автоматического регулирования, адаптация дискретных объектов, к которым можно отнести большинство ЭПС, - аппаратом дискретной математики: теории массового обслуживания, теории автоматов, теории расписаний. Большой класс ПС адекватно описывается в пространстве непрерывных процессов, а адаптивное управление осуществляется дискретно.

В иерархических системах каждый элемент сам является адаптивной системой [88,150], для которого все другие выступают как внешняя среда, формально представляемая как источник информации (непрерывной {Xj} или дискретной {Я/}). Будем исходить из системного подхода при определении адаптации, привлекая, как и в предыдущем разделе, единый, структурно-функциональный подход.

Очевидно, что если ПС можно представить триедино: структура, алгоритм, параметр, то целесообразно и адаптацию классифицировать также: структурную, алгоритмическую, параметрическую. В пределах малых изменений внешней или внутренней среды система адаптивно подстраивается, меняя только параметры, т.е. осуществляет параметрическую адаптацию. При этом алгоритм и структура системы остаются неизменными. Очевидно, что оптимальные характеристики соответствуют стационарному режиму источников, т.е. предполагается, что статистические свойства источников неизменны. Однако в реальных системах, предназначенных для работы в различных средах и для длительного времени функционирования, источники, отражающие среду, нельзя считать стационарными. Поэтому система должна обладать приспособительными свойствами более высокого уровня - адаптироваться к изменению окружающей среды, т.е. необходимо включать более высокий уровень адаптации алгоритмический (адаптация второго рода). При этом входными параметрами, по которым система адаптируется, могут служить не информативные параметры отражающей среды, а характеристики адаптационного механизма первого рода или выходные характеристики системы, определяющие критерии эффективности. Однако изменения окружающей среды могут быть настолько существенными, что адаптационные механизмы первого и второго родов не могут обеспечить нормального функционирования системы, определяемого заданным критерием эффективности. В этом случае или система становится непригодной для выполнения заданных функций, или она должна обладать адаптационным механизмом еще более высокого уровня, обеспечивающим целенаправленное изменение самой структуры системы. Этот уровень назовем структурной адаптацией или адаптацией третьего рода. Механизмы перехода из одного уровня адаптации на другой представлены в [88,150]. Данные механизмы также адаптивны, причем критерием эффективности является экономический критерий.

Организация производства при контроле и анализе брака

При необходимости исследования процессов создания и функционирования сложных технических (технологических) систем, в частности, АТС с адаптивной перестройкой, в последние годы наблюдается явно выраженная тенденция перехода от анализа отдельных элементов и упрощенных моделей управления такими объектами к комплексному их изучению с учетом все большего числа факторов, влияющих на качество их функционирования и развития.

Отличительными признаками их СФО является иерархичность, многообразие природы их элементов и связей, определяющих структуру объекта, функциональная и структурная вариативность и устойчивость, вызванная поэлементной и структурной надежностью, причем структурная надежность обеспечивается соответствующей избыточностью. Системы с такими свойствами принято называть большими системами. Управление ими осуществляется по организационно-технологическим, технико-экономическим и социально-экономическим критериям. При реализации контроля и управления технологическими системами как на уровне автоматического (автоматизированного), так и организационного управления возникает необходимость обрабатывать, передавать и хранить большие массивы информации и на их основе принимать управленческие решения - это само по себе становится серьезной проблемой. С другой стороны, повышаются требования к качеству контроля и управления. Все эти факторы приводят к усложнению таких систем и, следовательно, к их удорожанию. В связи с этим одной из первостепенных задач исследования является создание рациональной СФО систем контроля и управления АТС, оценка и обоснование экономической эффективности СФО.

Все многообразие СФО АТС и систем управления можно классифицировать по следующим признакам:

1. По характеру управляемого процесса (объекта): непрерывные (аналоговые); аналого-дискретные; дискретные. 2. По структурным свойствам объекта: одно-, многофазовые объекты и т. д. 3. По сложности процесса: одномерные (скалярные); многомерные (векторные, многокритериальные). 4. По информационным свойствам процесса: детерминированные; стохастические; в условиях полной неопределенности. 5. По сложности СФО: одноуровневые, иерархические. 6. По контуру управления: активные — воздействующие на внешнюю среду, порождающую в общем случае многомерную целевую функцию; пассивные — воздействующие на систему с целью стабилизации заданной целевой функции при заданных входных воздействиях. 7. По глубине адаптации: параметрическая (информационная); алгоритмическая; структурная. 8. По передаче управления с одной управляющего органа (уровня иерархии) на другой.

При всем многообразии СФО АТС, включая их управление, необходимо выделить характерные общие признаки. На их основе построить некоторую обобщенную унифицированную модель - модуль адаптивного управления АТС и комплекс алгоритмов его функционирования, оптимальных по структуре указанных критериев. Причем разработанные теоретические основы должны в перспективе входить в общую теорию динамики функционирования адаптивных систем.

Исторически теория управления разрабатывалась как теория автоматического управления, характерными признаками которой являются: 1. Непрерывность слежения и управления одним (элементарным) объектом, т.е. бинарная система «объект- управление»; 2. Линейность динамического объекта (Л); 3. Квадратичность критерия оценки траектории его поведения (К); 4. Гауссовость дестабилизирующих факторов (Г). При этих предпосылках построена содержательная стройная теория оптимального управления, характеризующаяся ограничениями вида линейность, квадратичность, гауссовость (ЛКГ). Сложность технологических систем, в частности, АТС как объекта исследования, не позволяет основываться на данных предпосылках. Действительно, линейность функциональных связей является неприемлемым упрощением. В данной работе учитываются только линейные зависимости, как наиболее адекватные реальным технологическим условиях. Это относится как к механообработке, так и к автоматизированным транспортным средствам. Так пороговые принципы, используемые при управлении АТС необходимо трансформировать и в пороговые принципы оценки экономических ущербов при превышении соответствующих порогов. Очевидно, что зависимость "технологический параметр — затраты" характеризуется очень большой нелинейностью (коэффициент а2, большой, см. гл. 3). Тогда, если контроль осуществляется по экономическим параметрам, то зоны предаварийного и аварийного состояний резко изменятся (рисунок 4.1). Квадратичность, к которым относятся дисперсионные критерии, также неприемлема. Гауссовские распределения универсальны при изучении массовых явлений, но для конкретных производственных условий возможен широкий спектр распределений. Применение имитационных моделей полностью снимает данные ограничения.

Организационно-экономический анализ СКУ дискретных сиcтем

1. Контроль за текущим состоянием объекта x(t0 + г), где t0 - фиксирован ный момент времени; г - интервал времени текущего контроля.

Состояние объекта по своей природе в результате действия множества случайных дестабилизирующих как внешних, так и внутренних факторов адекватно описываются случайными непрерывными величинами. В качестве модели случайного непрерывного процесса х (/), как правило, принимается гауссовский случайный стационарный процесс с известной функцией корреляции. Эта модель является в значительной степени идеализированной. Однако ее использование оправдывается, с одной стороны, тем, что в технике и, особенно в экономической кибернетике можно принять с некоторым допущением эту модель процесса, а с другой - в классе аналитических методов только идеализация позволяет одновременно учесть большое количество факторов, влияющих на качество системы. В более сложных системах модель контролируемых параметров усложняется, и ее моделирование возможно только имитационными средствами. 2. Определение меры рассогласования є(т) истинных значений параметров x(t0 + г) от плановых x(t0 + г). 3. Хранение и передача информации. 4. Семантическая обработка информации о состоянии объекта {x(tQ)} и состоянии отклонения {є(т)}. 5. Принятие решения об управлении. 6. Исполнение решения, т.е. приведение состояния системы в исходное, плановое состояние x(t0 + г). 7. При невыполнимости решения - корректировка плана, т.е. определение новых плановых показателей объекта xH(t0 =tQ + r).

Согласно результатам второй главы следует отказаться на первом этапе анализа от технологической направленности процессов; необходимо пред ставить СКУ в формализованном виде как некоторую обобщенную модель (модуль) и предложить оптимальную по экономическим критериям структурную, алгоритмическую и параметрическую ее организацию.

Теория случайных непрерывных процессов в технических системах используется с момента, когда эта область органически являлась частью технической кибернетики. Можно указать несколько областей, в которых теория контроля и управления непрерывными процессами развивается, расширяя органически и допущения на модели с целью обеспечения максимальной адекватности.

Эволюция в теории и практике анализа СКУ заключается в том, что на этапе анализа можно ограничиться показателями эффективности на организационно-техническом уровне (производительность, надежность, пропускная способность). На этапе синтеза критерии оптимизации должны приниматься только на экономических уровнях (технико-экономическом, экономическом, социально-экономическом).

Расширим анализ экономических затрат с дискретных на непрерывные системы. На рисунках 4.1 и 4.2 представлена схема получения функции затрат G(x(t)) при нелинейной зависимости «затраты - технологический параметр».

При дискретизации функции к (х) принципиально можно выделить несколько зон, каждой из которых соответствуют свои уровни затрат. В СКУ, например, выделим как минимум три зоны: 1) допустимая зона, где экономические затраты отсутствуют; 2) предварительная зона, нахождение технологического параметра в которой вызывает экономические потери. В частном случае затраты определяются временем нахождения в этой зоне Gm = рт(Тправ) , 3) аварийная зона, факт нахождения в которой вызывает принципиально другой вид затрат Gp.

Такая технико-экономическая постановка, характерная для большого класса СКУ, приводит к необходимости рассмотрения типового модуля (модели) СКУ.

Рассмотрим типовую модель СКУ (модуль), включающую в себя все основные свойства и функции системы контроля и управления непрерывными производственными процессами.

Очевидно, что в машиностроительном производстве СКУ (как и в других отраслях) организована следующим образом: технологические модули (механообработки, АТС, накопительные устройства замыкается на уровне АТК на одной управляющей ЭВМ (миниЭВМ).Тогда все производство, состоящее из N модулей и L управляющих ЭВМ можно представить как N-канальную /,-линейную систему контроля и управления (СКУ) непрерывными, случайными по своей природе, процессами, где N - число модулей различной природы, L - число управляющих объектов.

Анализ обобщенной схемы СКУ выделяет ряд системных проблем по структурной и алгоритмической оптимизации. Очевидно, что, как и для случая дискретных систем, оптимизация должна осуществляться по экономическим критериям, причем в зависимости от специфики объекта в принципе возможен автоматизированный поиск оптимальной СФО системы в режиме функционирования подсистемы САПР. Если L N, что, очевидно, то принципиально необходима процедура дискретизации непрерывных процессов. В этом случае вторым этапом функционального преобразования является обработка дискретных потоков, которая формализованно представляется ММО замкнутого (по управлению) типа.