Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Формализация объектов сборки и разработки топологических объектов 11
1.1. Проблемы автоматизированной сборки технологических элементов замены и пути их решения 11
1.2. Групповые технологические процессы сборки ТЭЗов 18
1.3. Описание производственной системы сборки и разработка укрупненной модели 22
1.4. Способы моделирования гибких производственных систем 26
1.5. Разработка графовых моделей динамических производственных систем сборки 30
1.6. Алгоритм автоматического формирования модели производственной системы сборки на языке динамических графов 55
Глава 2. Методика динамики функционирования производственной системы сборки 63
2.1 Топологический интерполяционный метод моделирования системы сборки 63
2.2. Алгоритм анализа динамики функционирования на базе топологических интерполяционных методов 73
2.3. Алгоритм композиции динамических графовых моделей структурных состояний производственных систем сборки 79
2.4. Использование построенных алгоритмов для анализа динамики функционирования подсистем производственных систем сборки 86
Глава 3. Система имитационного моделирования производственных систем сборки на базе топологического интерполяционного метода 95
3.1. Разработка программных средств для имитационного моделирования производственной системы сборки 95
3.2. Программа имитационного моделирования сборки ТЭЗов 99
3.2.1. Состав и функции системы имитационного моделирования 100
3.2.2. Характеристика системы имитационного моделирования 104
3.2.3. Архитектура программы структурно-сложных логико-динамических систем 105
3.2.4. Состав и функции программы структурно-сложных логико-динамических систем 106
Выводы по Главе 3 112
Глава 4. Имитационное моделирование производственной системы сборки ТЭЗов 113
4.1. Состав и содержание гибкой производственной системы сборки типовых элементов замены 113
4.2. Топологическая имитационная модель производственной системы сборки ТЭЗ 126
4.3. Программное обеспечение для производственной системы сборки ТЭЗ 134
Заключение 141
Список литературы 143
Приложение 1 150
- Групповые технологические процессы сборки ТЭЗов
- Алгоритм анализа динамики функционирования на базе топологических интерполяционных методов
- Программа имитационного моделирования сборки ТЭЗов
- Топологическая имитационная модель производственной системы сборки ТЭЗ
Введение к работе
Рассмотрены проблемы разработки управляющих программ технологических процессов сборки технологических элементов замены на основе имитационного моделирования производственных систем, описывающих функционирование структуры с помощью логико-динамических графов. Разработанные топологический интерполяционный метод и алгоритмы функционирования динамических систем позволяют в реальном масштабе времени реагировать на внешние и внутренние воздействия производственного процесса сборки.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Особенностью современных предприятий является быстрое реагирование на спрос потребителя в условиях конкуренции и борьбы за рынок сбыта. Главной задачей предприятий приборостроения является активизация производства на повышение качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции. Для обеспечения эффективности производства предприятия и удовлетворения спроса «заказчика» требуется в короткие сроки осуществить технологическую подготовку производства, освоить новую или модернизированную технику и встроить осваиваемые изделия в производственный процесс. На основе спроса осуществляется оперативное изменение производственной структуры и системы управления, динамически реагирующей на изменения в технологических процессах.
В России и зарубежных странах разрабатываются и апробируются на предприятиях системы управления производством динамически реагирующие на спрос рынка и конструктивные изменения продукции, а также на использование в производстве новых технологий. В работах Вавилова А.А., Павлова П.Г., Иванова О.В., Лескина А.А., Тимченко А.А., Федотова А.И. проведены исследования и даны рекомендации по формализации методов описания технологических процессов сборки, структурного анализа, их моделирования, динамики функционирования технических средств и автоматизации выполнения сборочных операций. В работах Горбатова В.А., Жука К.Д., Лебедовского М.С., Шатихина Л.Г. предлагается использовать синтез логических автоматов для разработки систем управления с учетом динамических режимов, структурные методы моделирования на основе графовых моделей и алгоритмов на их основе. Работы Достанко А.П., Попова Е.П., Старикова В.Ш., Цыпкина ЯЗ. посвящены исследованиям сборочных систем с дискретным управлением и логическими устройствами с использованием формализации структур и логикой управления. Предложенные рекомендации соответственно использовались при исследовании. В США разработана и апробируется динамическая интегрированная система LAN Enterprise-Baan 4 Hyperion, включающая разнообразные системы управления техническими средствами, проектирование изделий и управление производством, которые реагируют на внешний рынок, изменения поставщиков, ведение балансов. На предприятиях США широко распространена система «Just In Time» (ЛТ) -точно во время, с моделированием технологических процессов сборки различных изделий, но со стабильной номенклатурой. Фирмы Японии- Toyoto используют систему «Total Quality Management" (TQM) с динамическим реагированием на внешние воздействия, но со строгими правилами выполнения технологических операций; предлагают интеллектуальную систему KANBAN, построенную на модели «выравнивания» загрузки оборудованием и «вытягивания» изготовления продукции с реализацией горизонтальных связей по воздействию на локальные системы управления. Европейские фирмы: Siemens, Bosch, Olivetti и др. осваивают системы «Process Reengineeriny" (BPR-II, MPR-II), обеспечивающие гибкость производства. Разработана система «Customer Synchronized Resource Planning» (CSRP), реагирующая на внешние воздействия и обеспечивающая синхронизацию потребителей продукции и поставщиков комплектующих изделий с производственным процессом изготовления изделий. В основу системы положена динамическая модель производственного процесса реагирующая на вводимые события.
Эта система выбрана в качестве аналога для разработки отечественной системы с идеей доработки под требования и условия российских предпри 6 ятий. В федеральной программе государственного комитета науки и технологии Российской Федерации включено задание на исследование и разработку производственных систем, реагирующих на изменение условий рынка, анализа ситуаций в дискретный момент времени.
Производственные системы сборки сложны по структуре, слабо формализованы, имеют большую размерность, различную дискретность, разнохарактерные виды систем управления техническими средствами. В этих системах осуществляется совокупное проявление принципов построения логического и динамического управления технологическими процессами сборки.
Логические задачи включают: оптимальную стратегию переключения отдельных средств, вспомогательных устройств, требуемых сборочных технологических операций, контроль хода сборочного процесса, состояние функционального сборочного оборудования, а так же реализацию режимов пуска и останова, предусмотренных технологическими процессами; распознавание аварийных ситуаций и защиты агрегатов. Динамические задачи характеризуются множеством структурных состояний, последовательностью переходов согласно технологического процесса сборки и временем пребывания в каждом структурном состоянии. Логико-динамические принципы функционирования широко используются в автоматизированных системах управления технологическими процессами непрерывных производств и там этот принцип является нижним уровнем в иерархии управления. Адекватным структурным системным и машинным моделям являются топологические методы моделирования и исследования, основанные на использовании динамических графовых моделей. Эти модели отличаются наглядностью форм описания структуры сборочной системы, высоким уровнем формализации, простотой и удобством реализации алгоритмов, а так же многоуровневым представлением моделей сборочной системы технологических элементов замены (ТЭЗ). Топологический метод моделирования позволяет с единых позиций подойти к задачам исследования и проектирования производственных систем сборки ТЭЗов. Эти системы представляют собой совокупность различной сложности входящих подсистем, имеют наследственную структуру от конструкции ТЭЗов и требуют длительного времени на модернизацию и развитие. В связи с изложенными положениями разработка математических моделей, методов и алгоритмов исследования и имитационного моделирования сборочных узлов ТЭЗов, динамически реагирующей, на ситуации рынка является весьма актуальной задачей.
Большое значение для науки и практики имеют вопросы развития топологических интерполяционных методов для исследования и проектирования сборочных систем ТЭЗов, с решением совокупности разнородных технологических процессов и особенностей систем управления.
В связи с изложенными выше доводами разработка топологической модели, имитационного моделирования сборочной производственной системы, методов и алгоритмов технологических процессов имеет перспективные направления. Нерешенные проблемы, присущие сложным технологическим системам, и являются важнейшей задачей.
Целью работы является исследование объектно-ориентированных топологических имитационных моделей с разработкой алгоритмов динамической производственной структуры сборки ТЭЗов и создание управления сборкой, реагирующей на внешние воздействия. Для поставленной цели решались следующие проблемные задачи:
1. Обоснование применения динамических графовых моделей в сборочных процессах.
2. Создание системы имитационного моделирования с логико-динамическими графовыми моделями и использование топологического интерполяционного метода.
3. Разработка топологических имитационных моделей производственных структур сборки на основе логико-динамических графов.
4. Разработка алгоритмов построения модели сборки ТЭЗ с иерархическими уровнями, графов структурных состояний и динамики процессов. 5. Создание алгоритмического и программного обеспечения системы имитационного моделирования с динамическим реагированием на изменяющиеся события в реальном масштабе времени.
6. Разработка инженерной методики программного управления сборкой.
Объектом исследования являются технологические процессы сборки с планарными выводами и с выводами в отверстия ЭРЭ на печатные платы, с из менением номенклатуры и количества ТЭЗ в зависимости от спроса.
Методы исследований базировались на теоретических основах технологии приборостроения, аналитическом и имитационном моделировании, теории графов, векторного анализа и матричного исчисления. В основу решения проблемных задач положены модели и алгоритмы сложных систем, методы динамических графов и цифрового моделирования.
Научная новизна.
1. Разработана методика построения производственной системы сборки на основе логико-динамических графов структурных состояний, дифференциальным и алгоритмическим описанием динамики функционирования технологических средств сборки с использованием результатов решения графов переходных состояний.
2. Создана система имитационного моделирования задач технологического процесса сборки с использованием разработанного топологического интерполяционного метода для решения траекторий координат точек, приращений и контурной скорости сборки элементов.
3. Разработана методика групповой технологии сборочных процессов с дополнительными классификационными признаками и моделью, описывающей множество имен элементов, множество структур операций сборки, множество соответствий и целей.
4. Методика групповой технологии и модель, расширяющие область научных основ групповой технологии на сложные процессы, включающие новые технологии, виды базирования и соединения. На защиту выносятся следующие положения и результаты:
-Топологические имитационные модели производственных структур сборки, позволяющие формально описать и исследовать системы с различной физической природой;
-Развитие и построение логико-динамических графов с математическим описанием проектных решений производственных структур сборки; -Алгоритмы формирования моделей сложных производственных систем сборки на основе логико-динамических графов и реагирования моделей на внешние воздействия с оценкой изменения динамических свойств и логики функционирования системы;
-Интерполяционный метод моделирования производственных структур сборки на основе топологии с использованием динамических графовых моделей; -Имитационное моделирование производственной структуры сборки на базе топологического интерполяционного метода;
-Алгоритмы анализа, позволяющие исследовать производственные структуры сборки на технологическом и производственно-динамическом процессах моделирования. Практическая ценность
1.Значение для теории: метод описания производственных сборочных систем с помощью логико-динамических графов позволяет одновременно определять структуру и параметры процесса при решении траекторных задач в реальном масштабе времени; топологических интерполяционный метод определяет любое пространственное движение в процессе сборки с учетом внешних воздействий и может быть использован в адаптивных и интеллектуальных системах устройств программного управления оборудованием; методика групповой технологии и модель расширяют область научных основ групповой технологии на сложные сборочные процессы, включающие новые технологии виды базирования и соединения.
2. Значения для практики: инженерная методика решает траекторные задачи параметры сборки и позволяет вести разработку управляющих программ для устройств программного управления оборудованием; алгоритмы имитационного моделирования технологических процессов сборки одновременно рассчитывают траектории движений, координаты точек приращений, контурную скорость и позволяют реагировать на изменения производственных ситуаций.
Реализация результатов работы в производственных условиях. Диссертационная работа выполнена в развитии задания 03.01.0303 "Разработка технологических и имитационных моделей изделий (по отраслям)" - федеральная программа Государственного Комитета науки и технологии РФ, раздел 35, проблема 08002. Методика имитационного моделирования внедрена на ОАО «Ленинградский электромеханический завод» (ОАО «ЛЭМЗ») - г.Санкт-Петербург и апробирована в НТЦ «Механотроника» -г.Санкт-Петербург.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались на XXIX, XXX, ХХХІ-й конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского Государственного Института Точной Механики и Оптики (технический университет); на семинарах: Автоматизация производственных процессов. СПб (2001г.); CAD/CAM/CAE - системы. Опыт эксплуатации. СПб (2002г.); Автоматизация сборочных процессов. СПб (2002г.); Обработка металлов - 2003. СПб (2003г.); Современные технологии, оборудование, инструменты в механосборочном производстве. СПб (2003г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, выполнено два научно-исследовательских отчета по темам НИР.
Структура и объем работ. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, включает 13 таблиц, 39 рисунков, текст программы.
Групповые технологические процессы сборки ТЭЗов
Организация автоматизированного сборочного производства базируется на унификации конструкторско-технологических параметров, необходимых для технических решений. Технологическая унификация включает: типизацию сборочных процессов, применение группового метода сборки, модульного перестраиваемого технологического оборудования, групповой оснастки и сборочного инструмента (ориентирующих головок, захватных устройств, винтовертов, толкателей и др.). Основой технологической унификации является классификация элементов конструкций и их контакти-руемых поверхностей (по конструктивно-технологическим признакам), технологического процесса, включая оснастку и сборочный инструмент. Объединение компонентов сборки в группы позволяет унифицировать собираемые изделия и элементы, уменьшить число типов и типоразмеров, увеличить «искусственно» серийность.
Группой называется совокупность элементов конструкций объектов сборки, допускающая использование при их соединении единого технологического оборудования, оснастки, сборочного инструмента и группового технологического процесса [51]. При группировании используют признаки: габаритные размеры, геометрическую форму, общность собираемых поверхностей, квалитеты поверхностей, параметры шероховатости, сложность конфигурации, базовые поверхности и поверхности захвата, серийность, способы сборки. Эти признаки влияют на структуру и конструкцию сборочного оборудования, групповую оснастку и сборочный инструмент, последовательность сборки (переходы, установки), формирование нескольких операций для создания линий или комплексов. Для групповых сборочных процессов электронные узлы предлагается группировать по общности маршрутных групповых процессов и групповых деталеопераций сборки.
Под деталеоперацией сборки понимается последовательность приемов и переходов, включенных в состав групповой операции и применяемых при сопряжении поверхностей ЭРЭ, входящих в соответствующую группу.
Под групповой технологической операцией понимается общая для всех операция на группу элементов конструкции, выполняемая на конкретном технологическом оборудовании с использованием групповой оснастки и при необходимости переналаживаемого сборочного инструмента.
Под групповой оснасткой понимается набор инструментов и приспособлений, допускающих сборку всех деталей и компонентов данной группы без переналадки сборочного оборудования и минимальной переналадки приспособления за счет сменных элементов или частей.
Под групповым технологическим процессом сборки понимается совокупность групповых технологических операций, обеспечивающих сборку всех разновидностей элементов конструкции ЭРЭ, выводов и соединителей, деталей, входящих в группу и соответственно в электронный узел.
Групповые технологические процессы сборки и монтажа электронных узлов базируются на признаках группирования по общности элементарных операций и переходов сборки, по преобладающим видам соединения сборочными средствами; по единству технологической оснастки и ее крепления на конструкциях технологических средств; по степени унификации собираемых компонентов (полной, частичной, видовой). Особенностью технологического процесса сборки электронных узлов является относительная ориентация сопрягаемых поверхностей и элементов направляющих поверхностей, обеспечивающих ввод в отверстия (сфера, радиус, конус, фаска и др.). Формы и размеры корпусов влияют на устройства ориентации, устройств захвата и их исполнительных головок. Особенностью корпусов компонента является отсутствие баз на наружных поверхностях.
Классификация электронных узлов проводилась по уровням разукрупнения и видам иерархических классификационных признаков - осно ваний деления, включающих: объектные, функциональные, конструктивно-технологические.
Классификация электронных узлов, элементов и видов поверхностей по конструктивно-технологическим признакам приведена в приложениях 3 и 4.
Конструктивно-технологические признаки электронных узлов накладывают ограничения на методы и средства пространственного манипулирования, ориентации и ввода выводов ЭРЭ в отверстия ПП, а также предъявляет специфические требования к технологичности для обеспечения автоматизированной сборки.
Анализ конструкторско-технологических особенностей позволяет обозначить классификационные признаки при автоматической сборке. Это - геометрическая форма, конструктивные характеристики элементов, участвующих в сборке, взаимное расположение поверхностей собираемого узла, их параметры, выполняемые функции, размерные характеристики, группа материалов, вид узла или детали по технологическому процессу, вид исходного состояния, квалитет соединяемых поверхностей, шероховатость поверхности, технологические способы ориентации, виды формирования выводов ЭРЭ, масса.
Цель классификации заключается во введении технологических признаков, создании баз и разработки групповых технологических процессов на основе группирования ЭРЭ по конструктивно-технологическому подобию.
Проектирование группового технологического процесса сборки выводов ЭРЭ в отверстия ПП включает: разработку принципиальной схемы технологического маршрута сборки, разработки групповых технологических операций, разработки управляющих программ или набор кулачков, а также проектирование групповой оснастки, сборочных головок и инструмента, проектирование или использование технологического сборочного оборудования. Модель проектирования предусматривает: структуру про
Алгоритм анализа динамики функционирования на базе топологических интерполяционных методов
Алгоритмы, разработанные на базе топологического интерполяционного метода, позволяют автоматизировать процесс исследования динамики функционирования сложных технических систем, описываемых стационарными детерминированными линейными непрерывными, дискретными и нелинейными моделями [39, 40, 68].
Обобщенный алгоритм расчета динамики сложных систем включает в себя следующие основные этапы (рис. 2.6.).
Алгоритм 2.1.1. Формализация образа модели элементов и входных воздействий в виде графа переходных состояний.2. Топологическая модель всей системы строится из топологических моделей элементов и отдельных частей на основе информации о макроструктуре исследуемой системы.3. Преобразование исходного графа путем применения формулы Мезона в двудольный динамический граф. При этом определяются коэффициенты разложения передаточной функции каждой дуги двудольного динамического графа.4. Переход во временную область исследования.5. Формализация работы релейных и логических элементов в виде матрицы структурных состояний.6. Определение моментов перехода нелинейной системы из одного структурного состояния в другое путем решения трансцендентных уравнений относительно времени.7. Выбор минимального времени переключения и определения значения управляющих сигналов u(tK)eX(tK) для всех логических элементов.
Разработанный обобщенный алгоритм расчета динамики производственной системы сборки является основой для автоматизированного исследования сложных динамических систем.
Графовые модели элементов системы представляются в виде графа переходных состояний. Топологический анализ в этом случае заключается в преобразовании модели системы к виду двудольного динамического графа. Переход к этому виду состояния обеспечивается посредством многократного использования формулы Мезона к графу переходных состояний системы. Как известно, формула Мезона имеет вид: где Pi (і є I = 1, 2,...,и) - передача z-го пути между заданными вершинами; Lj(J е J= 1, 2,...,т) - передачау-го контура, имеющегося в анализируемом графе; п - общее количество путей, связывающих заданные вершины; т - количество контуров, имеющихся в системе [30, 31, 32]. Операция ( ) означает, что после раскрытия скобок должны быть отброшены произведения касающихся путей и контуров, а также касающихся друг друга контуров.
Для определения отношения между вершинами графа переходных состояний применена модифицированная формула Мезона:Знак ( ) в (2.10.) означает, что при формировании передачи удаляются те вершины графа, которые не включены в список вершин, входящих в состав ранее найденных контуров и путей, а также инцидентные им дуги, вследствие этого повышается быстродействие алгоритма.
Машинный алгоритм нахождения путей в графе переходных состояний (рис. 2.7) включает в себя следующие составляющие.Алгоритм 2.2.1. Устанавливается начало пути. Для этого берется номер начальной вершины из массива в В, сформированного из номеров истока графов, а номер следующей вершины определяется автоматически и соответствует номеру второй строки структурной матрицы \\{N 4). Номер конца пути выбирается из массива Е, являющегося номер стока графа. Списки вершин заносятся в массив JJ.2. Проверяется выбранный номер вершины: а) если через данную вершину прошел путь, то есть номер соответствует элементам массива JJ, то переход к п. 6;б) если данная вершина выбрана как начальная, то переход к п. 3;в) если через данную вершину не прошел путь, то переход к п. 5.3. Формируется передача пути графа в массив X, а в массив IX заносятся номера вершин найденного пути.4. Переход к шагу поиска следующего пути.5. Один шаг вперед. Для этого в массив JJ записывается номер элемента второй матрицы її и переход к п. 2.6. Проверяется ситуация: при возвращении на один шаг назад достигается ли начало пути. Если достигается, то переход к п. 1.7. Осуществляется один шаг назад по найденному пути и выбирается предыдущий элемент массива.8. Определяется следующий номер вершин из второй структурной матрицы II и переход к п. 2.9. Проверяется признак об окончании процесса структурного анализа системы. Если процесс не окончен, то переход к п. 2.
Построенные в результате работы этого алгоритма двудольные графовые модели динамических подсистем являются необходимым условием выполнения расчетов при моделировании процессов на динамический уровень. Для получения представления о поведении динамических подсистем во временной области необходимо определить их переменные характеристики при действии сигналов произвольной формы [39, 40].
Задача построения динамической графовой модели производственной системы сборки во временной области исследования заключается в получении графа, представляющего собой двудольный динамический граф, входными вершинами которого являются входные переменные и переменные состояния системы для начального момента времени to, а выходными - для конечного момента времени шага расчетов t0 — е. Дуги, связывающие входные и выходные вершины, взвешены функциями времени.
Определение временных функций по изображениям требует применения теоремы разложения Хевисайда, либо теоремы вычетов [3,4, 11, 12].
Применение этих методов для нахождения оригинала передаточной функции сопряжено с большими вычислительными трудностями, связанными с вычислением полюсов и нулей дробно-рациональной функции, оп
Программа имитационного моделирования сборки ТЭЗов
При создании системы имитационного моделирования выделены два уровня: имитационные модели технологических операций и имитационные модели динамических процессов, протекающих в каждом технологическом процессе. Уровень использования роботов-манипуляторов, сборочных центров с ЧПУ и других элементов в сборочном производстве значительно отстает от других технологических процессов. Причинами этого явления особенности сборочного производства, заключающиеся в трудности формализации, многообразии технологических операций сборки.
Разработан пакет прикладных программ "Имитационное моделирование производственной системы сборки", предназначенный для решения следующих задач: - формализованное представление общей структуры комплекса, а также устройств, входящих в состав комплекса в виде логико динамических графов; - имитации технологических процессов, протекающих в производст венной системе сборки, выявления причин возникновения аварийных си туаций и набор решений по их устранению, а также для повышения или сохранения производительности; - проектирование структур вновь создаваемых производственных систем сборки, удовлетворяющих поставленным критериям оптимальности;- анализ различных последствий при замене технологических роботов-манипуляторов, агрегатов новыми средствами;- анализ производственных процессов вновь проектируемых систем сборки;- организация интерфейса разработчика печатных плат с управляющей технологической программой сборки типовых элементов замены как в процессе проектирования, так и в процессе функционирования системы в реальном масштабе времени.
Проблемы программной реализации системы имитационного моделирования сборочного производства включат разработку программного обеспечения с принципом универсальности.
При создании программного обеспечения систем имитационного моделирования необходимо решить три задачи:1) разработка способа задания графа переходов автоматной (топологической) модели комплекса и организация его размещения в памяти ЭВМ;2) разработка способа поиска смены состояний по графу переходов;3) разработка способа стыковки и согласованности программныхмодулей.
Основной функцией программного обеспечения имитационного моделирования сборки ТЭЗов является осуществление на программном уровне логического управления комплексом по двум уровням: управление переходами системы из одного установившегося состояния в другое и управление переходами с одного режима на другой режим. Это достигается организацией модульной структуры и созданием набора программ и модулей, соответствующим графовым моделям подсистем.
В структурном отношении программное обеспечение ППП имеет три уровня иерархии, в состав которых входят: - программные модули микропрограммного управления роботами, сборочных цехов с ЧПУ и другими технологическими агрегатами, позво ляющими имитировать выполнение отдельных операций типа "продвинуть транспортер на "и" шагов", выдать элемент f-го типа" т.п. На вход таких программных модулей поступают: 1) информация о состоянии технологи ческого агрегата в рассматриваемый момент времени; 2) информация об управляющих сигналах, поступающих на эти функциональные узлы; - программные подсистемы, моделирующие функции крупных функциональных узлов (агрегатов), таких как роботизированные сбороч ные центры, автоматизированные системы поиска и комплектации деталей и.т.д. Эти программные подсистемы имитируют технологические процессы на уровне технологии, например, "установить элемент в печатную плату" и "снять печатную плату со стола", "перенос спутника на позицию технологического задела" и т.д.; - управляющая программа, обеспечивающая взаимодействие всех программных компонентов. Функции программных модулей и подсистем заключаются в следующем:1) идентификация входных алфавитов в данный момент времени по сформулированному кортежу X и поиск в массиве входных алфавитов соответствующего кортежу идентификатора;2) поиск У кортежа, соответствующего найденному в рассматриваемый момент времени t в матрице переходов и выходов;3) учет предистории логического состояния технологических агрегатов и комплекса в целом при поиске выходного алфавита (сигнала) и запоминание нового состояния функциональных узлов системы.
При идентификации входного алфавита определяется программным путем возможность поступления в данный момент времени технологически разрешенного для выполнения конкретной операции сигнала. При поступлении технологически разрешенного сигнала осуществляется поиск выходного алфавита и смена состояния автомата, в противном случае сообщается об аварийной ситуации на данном участке сборки.
Для организации поиска использован структурный метод, реализованный в виде поисковых деревьев, а входные, выходные алфавиты и алфавит состояния автомата представляется в виде массивов: X (N), Y (N), S (N,N). Пользователь или оператор, находящийся у пульта управления, может наблюдать за ходом технологического прогресса, выводимым на дисплей ЭВМ. Текст программного модуля одного из агрегатов приведен в приложении на листинге 1.
Основными задачами управляющей программы ППП являются: - организация хода вычислений, т.е. определение последовательности работы функциональных узлов; - осуществление информационной согласованности программных модулей; - организация диалога программной системы с пользователем и проведение анализа функционирования комплекса; - восстановление состояния комплекса после устранения аварийных ситуаций; - идентификация входных и выходных алфавитов (ключей) про граммных модулей и формирование обслуживающих команд ("поднять", "опустить установочную головку", "сменить схват" и т.п.). В зависимости от поступающего сигнала, а также длительности выполнения данной операции по технологическому регламенту управляющая программа передает управление соответствующему программному блоку (модулю). При выявлении аварийных ситуаций управляющая программа дает сообщение об авариях и причинах их возникновения, затем определяет возможность параллельного выполнения других операций, т.е. технологически разрешенных операций; при этом временно блокирует программный модуль в котором произошла авария, ставя "флажок" на вход данного программного модуля. При устранении аварии "флажок" убирается и программный модуль готов к продолжению работы. Информация об устранении аварии вводится пользователем, а программная система при этом осуществляет запрос о состоянии функциональных узлов, находящихся в аварийных состояниях.
Управляющая программа получает информацию о перемещениях технологических средств от программной подсистемы "Система автоматизированного программного координатного стола", предназначенной для создания управляющих программ технологическим агрегатам (роботизированным сборочным центрам, роботам-манипуляторам, устройствам с
Топологическая имитационная модель производственной системы сборки ТЭЗ
На основе технологических процессов сборки ТЭЗ и полученной сборочной функциональной схемы разрабатываем топологическую модель подсистем и системы в целом.
На основе функциональной схемы и информации о последовательности переходов и выходов каждого технологического оборудования-агрегата сборки ТЭЗ построена ее свернутая топологическая модель (рис.4.6), которая показывает информационную связь агрегатов системы.
При формальном представлении технологических операций, выполняемых функциональными узлами сборки, выявляются ансамбли сигналов X={xi, Х2,...,хп}, поступивших на конкретное функциональное оборудование-агрегаты для выполнение той или иной операции U={Ui, U2,...,Un}, а также структура взаимодействия технологических операций. При этом для выполнения конкретного действия необходима информация: о состоянии функционального оборудования-агрегатов в данный момент времени, о взаимодействии выполняемых операций, о последовательности действий, о начале и конце выполнения операций, характеристики операций. Эта информация должна поступать одновременно с осуществлением конкретной операции.
Например, информация о выполнении операции выдачи элемента (Х4) формируется на основе информации: о кассете УПВ (xi), о готовности транспортера к приему элемента (х2) и о рабочем состоянии отсекателя (х3). Графовое представление выполняемой операции (V) оборудованием-агрегатом GynB(Xi,V) характеризуется множествами Xi={xi, X2, х3, х4}иV={v4i, v42, V43}.
Определенные таким образом входные и выходные потоки информации для каждого оборудования-агрегата сборки даны в табл.4.1. На основе этих потоков информации и последовательности действий технологи ческих агрегатов, объединяя графовые модели агрегатов, получена топологическая модель производственной системы сборки ТЭЗ на сигнальном уровне моделирования (рис.4.7), позволяющая проводить имитацию в реальном времени.
Топологическая модель производственной системы сборки ТЭЗ на сигнальном уровне может быть представлена следующим образом:Топологическая модель выполняется на основе правила: множествами вершин X и U объединенного графа G(X,U) являются объединения соответственно подмножеств ХІ и дуг Uj отдельных графов функциональных узлов комплекса, из него граф информационной модели системы позволяет проследить все связи и влияние каждой компоненты на общую характеристику модели.
Сигнальный уровень представляет собой топологическую модель технологических операций, где выполняются процессы сборки и определяются структурные компоненты входных сигналов для выполнения той или иной операции.На базе полученных топологических имитационных моделей функциональных узлов производственной системы сборки на различных уровнях моделирования, их алгоритмов функционирования и информационной связи построена топологическая имитационная модель сборки ТЭЗ на логическом уровне моделирования (рис.4.8).
Отличием полученных топологических имитационных моделей сборки ТЭЗов на базе динамических и логико-динамических графов является то, что они позволяют учесть характерные особенности производственных систем сборки, такие как параллельность выполнения технологических операций, синхронность взаимодействия технологического обору-дования-агрегатов и подсистем, а также иерархичность управления функциональными узлами системы.
Моделирование процесса функционирования производственной системы сборки типовых элементов замены представим в виде совокупности процессов: имитации технологического оборудования-агрегатов, имитации взаимодействия технологического оборудования-агрегатов системы и управления очередностью системных событий.
При проектировании высококачественных и надежных производственных систем сборки возникает задача моделирования динамики функционирования систем управления технологическим оборудованием-агрегатами, которые снабжены автоматизированными приводами, представляющими собой нижний уровень управления в иерархии систем управления. От характеристик данного уровня управления зависят, прежде всего, динамические, точностные и энергетические характеристики технологического оборудования-агрегатов.
Исследуем задачу моделирования системы управления на основе привода робота-манипулятора (рис.4.9) с учетом реальных характеристик и параметров, нелинейностей, а также дискретности управления микропроцессоров и цифровых вычислительных машин.
В структурной схеме приняты следующие обозначения: qbq2 - углы поворота первого и второго звеньев; ТЬТ2 - постоянные времени якорных цепей двигателей; С],С2 - машинные постоянные; (оь ю2, содь шД2 - угловые скорости первого и второго звеньев манипулятора и двигателей соответственно; кпЬ кп2, ксЬ кс2 - коэффициенты передач датчиков угла и угловых скоростей; ац, а22, а2ь Ьп, Ь22, Сц, Сц - коэффициенты звеньев системы. Параметры звеньев моделируемой системы представлены в табл.4.2.
