Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ... 5
ГЛАВА I. СИСТЕМНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ 13
1.1. Системотехнический синтез гибких производственных систем 13
1.2. Анализ особенностей технологического проектирования гибких производственных систем 23
1.3. Постановка задачи 34
Выводы по главе 36
ГЛАВА 2. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ 38
2.1. Построение информационной модели объекта проектирования 38
2.2. Выбор критериев эффективности технологических комплексов 43
2.3. Концепция двухуровневого технологического проектирования 51
2.4. Разработка концептуальных моделей виртуального и физического уровней проектирования... 56
Выводы по главе 67
ГЛАВА 3. МЕТОД ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СШТЕЗА ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ 70
3.1. Концепция метода последовательного техноло гического синтеза 70
3.2. Задача оптимизации последовательности выбора технологического оборудования 77
3.3. Разработка информационно-логической модели процесса проектирования , 84
3.4. Оптимизация выбора технологических комплексов , 89
3.5. Алгоритмическая модель последовательного технологического синтеза гибких производственных систем 104
Выводы по главе 1X2
ГЛАВА 4. АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИБКИХ ПРОЮВОДСТВШНЫХ СЖТЕМ 114
4.1. Проектирование технологических структур гибких производственных систем 114
4.2. Формирование допустимых вариантов технологического оборудования 118
4.3. Определение вариантов компоновки гибкой производственной системы , 125
4.4. Выбор Парето-оптимальных вариантов технологического комплекса 129
4.5. Разработка алгоритмической модели автоматизированного технологического проектирования гибких производственных систем 133
4.6. Принципы организации информационного обеспечения автоматизированного технологического проектирования гибких производственных систем 148
Выводы по главе 154
ГЛАВА 5. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИБКИХ ПРОЮВОДСТВЕННЫХ СИЯЕМ МЕХАНООБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА "ТЕЛА ВРЯЦШВД" 156
5.1. Методика автоматизированного технологического проектирования ГПС механообработки деталей типа "тела вращения" 156
5.2. Разработка технологической структуры 157
5.3. Определение компоновки участка 162
5.4. Выбор вспомогательного технологического оборудования 165
5.5. Практический пример определения структурно-компоновочного построения участка механообработки 173
Выводы по глае 178
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 179
ЛИТЕРАТУРА 183
ПРИЛОЖЕНИЯ 197
Введение к работе
В решениях ХХУТ съезда КПСС [I] и в постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР " 0 мерах по ускорению научно-технического прогресса в народном хозяйстве" [2] определена в качестве одного из главных направлений работа по ускорению научно-технического прогресса широкая автоматизация технологических процессов на основе применения автоматизированных станков, машин и механизмов, унифицированных модулей оборудования, робототехнических комплексов и вычислительной техники.
В последнее время как у нас в стране [6,12,16,25,26,53,72, 78,84,94], так и за рубежом [ІОІ-ІОЗ,І05-Ю9,ИІ,ІІ4,ІІ9Д20] наметился переход от автоматизации отдельных технологических процессов и операций к комплексной автоматизации на основе создания сначала автоматизированных, а затем автоматических производственных систем - так называемых гибких автоматизированных производств, включающих в себя:
АСУЇЇ - автоматизированную систему управления производством, АШИ - автоматизированную систему научных исследований, САПР - систему автоматизированного проектирован я, АСТЛП - автоматизированную систему технологической подготовки производства, ГПС - гибкую производственную систему, САК - систему автоматизированного контроля.
Назначением гибких автоматизированных производств является реализация автоматизированного цикла создания нового изделия от предпроектных научных исследований до выпуска серийного образца, при этом в соответствии с принципом информационной интеграции обеспечивается возможность проведения работ на всех стадиях от исследования до производства на основе использования общей информационной базы, а также возможность передачи информации по составляющим системам этого цикла с помощью локальных вычислительных сетей. При этом автоматизация собственно производства заключается в создании ТИС, позволяющих повысить производительность труда в 5-6 раз при коэффициенте сменности работы оборудования 2,6-2,7 [62].
ГПС - это "... совокупность или отдельная единица технологического оборудования и системы обеспечения ее функционирования в автоматическом режиме, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений "характеристик" [зз]. Главное достоинство ГПС - гибкость, способность к перестройке производства, причем как к перестройке, переналадке отдельных единиц производственного оборудования, так и всего технологического комплекса. Гибкость ГПС проявляется также в возможности широкого маневрирования при определении последовательности операций обработки.
Очевидно, что проектирование производственных систем подобных ГПС должно основываться на методах анализа и синтеза сложных оистем [19,37,41,48,51,52,74,82 ]. Данное обстоятельство обусловливает необходимость использования при проектирований ГПС системного подхода, опирающегося на использование ЭВМ и предусматривающего распространение его процедур как на системное окружение, так и на внутреннюю структуру системы. При этом исследование ГПС как и любой сложной производственной системы предполагает создание комплекса моделей системы, отображающих ее отдельные свойства, а сам процесс проектирования будет за ключаться в последовательном синтезе некоторых моделей, каждая из которых является детализацией предыдущих. Например, при проектировании АСУТП и АСУП выделяют этапы разработки организационной, функциональной и технической структур [39,51,70,75,87,90], ири проектировании технологических процессов - этапы разработки принципиальной схемы процесса, маршрутной технологии, операционной технологии и создания программ для станков ЧПУ [4,29,35,73, 77,95].
Характерным для современных исследований сложных производственных систем является учет всех аспектов работы системы, а именно: внелогического, социального, экономического, организационного, технологического, функционального и технического [37,40, 41,42,71,89]. Каждый из этих аспектов в свою очередь требует исследования системы с точки зрения ее структурных, статических и динамических свойств [82].
Все это нашло отражение в процедуре предпроектных исследований и эскизного проектирования ГНС, предложенной проф. В.М.Пономаревым и называемой в дальнейшем системным проектированием . [53], Основу системного проектирования составляет системотехнический синтез ШС, состоящий в построении последовательности структур и моделей ІПС и позволяющий в конечном итоге определить техническую структуру системы [54-57,85,113].
Одним из наиболее сложных аспектов проектирования ГПС является технический, завершающий процесс проектирования и, следовательно, требующий при выборе проектных решений учета всех полученных ранее ограничений и распадающийся на исследование информационно-управляющей и технологической подсистем ГПС.
Опнт сознания и внедрения ГПС у нас в стране [6,15,25,26, 88] и за рубежом [iOO,102,117,118,121] убедительно показал, что при разработке информационно-управляющей подсистемы ШС успешно могут быть использованы методы проектирования информационно-управляющих подсистем производственных систем, достаточно подробно разработанные в плане структурного, технологич кого и технического построения этих подсистем, а также построения их информационного и программного обеспечения [3,14,21,39,51,61,70, 72,89,92,94].
В то же время работы по разработке ГПС порождают ряд проблем, которые не могут быть решены традиционными методами технологического проектирования, ориентированными на организационно-технологическое проектирование групповых производств и автоматических линий [5,25,32,69,87].
Данное обстоятельство связано с присущими проектированию ГПС особенностями, первая группа которых обусловлена особым качеством ГПС - гибкостью. Вторая - необходимость проектирования ГПС как части большой системы (гибкого автоматизированного производства), строящейся на принципах модульного подхода и интеграции. Третья группа особенностей связана с высокой сложностью процесса проектирования, обусловленной большим разнообразием единиц технологического оборудования и вариантов их комплексиро-вания и включением в рассмотрение при проектировании большого числа разнотипных признаков элементов, согласование которых является обязательным условием организации взаимодействия элементов. Четвертая - с ответственностью принятия решений по структурной и технической реализации технологических подсистем ШС, требующих больших капитальных вложений (до нескольких десятков миллионов рублей [25] ), значительной длительности цикла "проектирование - внедрение" (до трех лет [2б] ) и высокой трудоемкостью проектирования (в среднем 3000 человеко-дней [74j ).
Многие связанные с данными особенностями технологического проектирования ГПС вопросы в настоящее время разработаны, в частности, принципы и методы организации группового производства [69] , проектирования технологических процессов [32,43,73, 87,93,95J , модульного построения роботизированных технологических комплексов [5,9,13,17,22] и автоматических транспортно-складских систем [25,26,79 J , промышленного строительства [38, 63] , комплексно автоматизированных производств и имитационного моделирования [18,20,28,40,91,96,104,110,115] .
Однако, вопросы, связанные с системным и информационным аспектами технологического проектирования ГПС были разработаны не достаточно, что объясняется новизной современных тенденций автоматизации производства. Данное обстоятельство обуславливает необходимость разработки нового, ориентированного на использование в процессе проектирования ЭВМ, метода технологического проектирования таких сложных производственных систем как ГПС.
В связи с тем, что одним из широко используемых способов формализованного описания процесса проектирования сложных систем является алгоритмическая модель, представляющая собой систему взаимосвязанных элементарных процедур, позволяющую по заданным исходным данным определить характеристики системы с помощью ЭВМ [823 і задачу исследования, учитывая указанные выше факторы, можно сформулировать в терминах исследования алгоритмов проектирования ГПС.
Цель диссертационной работы - разработка метода автоматизированного синтеза оптимальных технологических комплексов гибких производственных систем на основе построения и исследования проблемно-ориентированных моделей.
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:
- построения модели объекта проектирования;
- разработки и исследования концептуальной, информационной и алгоритмической моделей процесса проектирования, а также выбора критериев оценки эффективности;
- построения на оонове разработанных моделей методики автоматизированного технологического синтеза ГПС и экспериментальной проверки ее эффективности.
Работа выполнена в соответствии с комплексными научно-техническими программами 0Ц 025 и 0Ц 027 по АН СССР, Программой научно-технического сотрудничества в рамках межправительственного соглашения между АН СССР и АН ГДР на период 1982-1990 г.г. и целевой комплексной территориальной программой развития народного хозяйства г.Ленинграда и Ленинградской области на основе автоматизации о широким использованием вычислительной техники на 1984-1985 г.г. и до 1990 г. "Штенсификация-90".
Теоретические исследования при решении поставленных задач базируются на использовании элементов теории множеств, теории графов, теории исследования операций и математической теории проектирования сложных технических систем.
Теоретические результаты проверены и внедрены при проектировании нескольких типов гибких производственных систем, одна из которых введена в опытно-промышленную эксплуатацию.
Научная новизна:
- введена концептуальная модель технологического комплекса ШС (ТК ГПС);
- разработана и исследована информационная модель ТК ГПС;
- разработан метод последовательного технологического синтеза ШС;
- разработаны концептуальная и информационная модели технологического синтеза ГПС;
- разработана оптимизационная процедура выбора последовательности этапов технологического синтеза ГПС;
- разработана и исследована алгоритмическая модель автоматизированного технологического синтеза ГПС;
- разработана процедура упорядоченного выбора Парето-опти-мальных вариантов технологических решений состава и компоновки подсистем ГПС.
Практическая ценность определяется следующими результатами:
- создана методика системного технологического проектирования ГПС механообработки деталей типа "тела вращения";
- определена оптимальная последовательность технологического проектирования ГПС для двух наиболее распространенных концепций их построения;
- разработано алгоритмическое и программное обеспечение основных процедур автоматизированного технологического проектирования ГПС;
- разработаны информационные модели технологического оборудования ГПС и структура информационного обеспечения автоматизированного технологического проектирования ГПС;
- введен набор частных критериев эффективности, предназначенный для оценки проектных решений на промежуточных этапах технологического проектирования ШС.
Основными положениями, выносимыми на защиту, являются:
- метод последовательного технологического синтеза ГПС;
- концептуальная и информационная модели технологического синтеза гибких производственных систем;
- алгоритмическая модель автоматизированного технологического проектирования гибких производственных систем;
- методика системного технологического проектирования гибких производственных систем механообработки деталей типа "тела вращения".
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
- УТ-ой научно-технической конференции, посвященной 110-й годовщине со дня рождения В.Й.Ленина (Г.Калуга, 1980 г.);
- IX Всесоюзном научно-техническом совещании "Создание и внедрение автоматизированных и автоматических систем управленш непрерывными и дискретно-непрерывными технологическими процессами" (п. Ивано-Франковск, 1980 г.);
- Международной конференции "Проблемы управления промышленными роботами" (НРБ, г.Варна, 1983 г.);
- Советско-болгарском симпозиуме по робототехнике и гибким автоматизированным производственным системам (г.Ленинград, 1983 г.).
По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ.
