Введение к работе
1 Актуальность теки. Разв:ггие гфогряммно-упрэвляемого оборудования, систем автоматизированного проектирования, іштегриропантг-гх систем управления на басе локальных сетей ЭВМ и ряд друпгс направлений и мошннгстрс-зшш и информатике, привело к появлению нового класса производства изделии- гибки:: произБолсгнешшх систем {ГНС). В исследовании, проведенном Национальном научным фондом США, утвєріклается, что 1710 обладают большіял потенциалом увеличения гіроіізводительпости, чей любое лруг'оо научно- техническое дсстіскенке поело изобретения электричества.
Концепции, попросим моделирования, проектирования и внедрения ШС посвящены работы изге-стныч ученых: академиков Емельянова СВ., Максч.юьз И.М. и Фролов.! К.В. : чл.корр. РАН селянина П.Я., Очопнмского Д.Е. и Соломоицева Ю.Й.; доісторов техн. наук Домзрашсого А.П., Волчкешгча Л,И., Елисеева СВ., Зіулзгсова Ф.М., Мартынова А.К., Митрофанова В.Г., Пономарева ІЗ. М., Ракоптг-п К.Т., и ряд других .
В Го с сил с ко її Федерации аттігопнй интерес к гибкой автоматіпаціш ч'олюдзлея в юоз-я" м;цх, который сменился затем некотором разочарованием в связи с низкой эффективностью инопп ГЛС, Апзлігз ігр:г;іш пипкой эффективности показал, что она связана па с самой концепцией, а о отсутствием падйіаіого прогроммно-упраиляоМ'Н о оборудования с развитыми технологическими возможностями (зто относится и к основному и к трзнспортпо-склздеп'ому оборудованию), неразвитостью средств контроля, диагностики и системы управления, включая техническое и программное обеспечение, низким уровнем проектирования.
Таким образом, можно выделить два момента: t) в малжностро-енин наметилась тенденция движения к комлмотеризированкм про из-волств'1'.', основой которых явлгетол ГТ!С; ?.) низкая эффективность и надежность компонентов ГПС, просчеты h.-j различные этапах про-е!гП!рова"чп прив-т.яг к значит с-лъпь'п суммарным затратам на этапе I'.k cv:>."a",:u и вчг.-ал'пня.
П'-.':," из с.-:;;'В",:е::'": I г. :-:'ч ;-.:, . ;г v дг:т - ->:;;,- nrj. т-.р.-Рачи; і' ' '; '-.<'>.{' -< і". г"'п;" ..-. г, ij.;i -п!1', -;г і;-.-.а и .--киго"''.
Необходимо ясно осознать, что компьютеризированные производства можно создавать лишь при широком внедрении методов математического моделирования и новых информационных технологий, автоматизирующих как отдельные, нэ"более трудоёмкие и ответственные проектные процедуры, таї: и этапы в целом.
Существенным фактором снгексния затрат при создании гибких производств является разработка методов и моделей их анализа и синтеза, позволяющих проверить их эффективность и работоспособность в результате вычислительных экспериментов. А это требует увеличения числа системных показателей (технико -экономических, гибкости, надежности), развития методов синтеза, что и позволит более полно исследовать смоделированный вариант ШС, не проводя натурный эксперимент, и том самым значительно уменьшить затраты на этапе внедрения и эксплуатации.
Актуальность и необходимость решения отмеченной проблемы для народного хозяйства определили выбор направления и цели работы.
Наїравление работ определено: общесоюзной НТП о.і е.і о ГКНТ "Создать и освоить гибкие автоматизированные производства на основе передовых технологических процессов, -ибких переналаживаемых комплексов, промышленных роботов и микропроцессорной техники" (постановление ГКНТ № 535 ОТ 33.12.во г.); программой фундаментальных исследования АН СССР по
КОМПЛеКСНОЙ Проблеме "Машиностроение И ТеХНОЛОГИЛ" на 1989-
гооог. (постановление Президиума АН СССР № изо от і їло. 80 г.); программой СО АН СССР по приоритетным направлениям развития науки и техники "Научные основы машиностроения и наде:кности машин" (постановление Президиума СО АН СССР її 530. от 19.12.88Г.); заданием ГКНТ "Разработать и внедрить на машиностроительных предприятиях Иркутской области прикладное программное обеспечение проектирования и управления робототехническими производственными системами" (постановление ГКНТ № 108 от 20.01.87^); координационными планами министерств и СО АН и хоздоговорными работами с предприятиями.
Целью работы является разработка зпэлитико- имитационных процедур, содержащих уригинальныс модели, показателей надежности и гибкости ГПС и метода их расчета и исследования, а г>?}
создание процедур компоновок и размещения, повышающих надежность функционирования производственных систем. Разработанные методы и модели повышают эффективность ГПС за счет более полного их анализа и возможности проверки качества и работоспособности смоделированного варианта в результате вычислительных экспериментов.
Иэтоды исследования. Результаты и еыводы, представленные в диссертации, строго обоснованы в результате применения аппарата математического анализа, теории надежности, дискретной математики и математической статистики. Эффективность предложенного алгоритмического и программного обеспечения подтверждена результатами моделирования на ЭВМ. _
Научную новизну диссертации представляют следующие основные результаты, которые выносятся на защиту:
методологический подход, содержащий аналитико- имитационные процедуры анализа и расчета показателей надежности и гибкости и процедуры синтеза, включающие задачи выбора оборудования, компоновки и размещения;
методы и модели расчета показателен надежности ТО- обгекта со структурой в виде сети из п частично зависимых элементов, сгруппировашшх в четыре группы по видам отказов, с учетом стратегий технического обслуживания элементов;
алгоритмическое обеспечение, в основе которого находится доказанная теорема, для определения оптимального интервала технического обслуживания по критерию интенсивности приведенных затрат, когда время наработдеи имеет обратное гауссовское или Еирнбаума- Саундерса распределения;
введенное для исследования параметрических отказов и-распределение, для которого доказаны теоремы, позволяющие использовать его для описания "стареющих" элементов;
формализация и показатели свойства толерантности, как
подсвопства надежности ГПС, учитывающего динамику
производственного процесса и рекомендуемого дня гкокоі-о
автоматизированного участка (ГАУ), входящего в состав
автоматизированного производства; ^
модели гэмплскоиых показателей гибкости ГАУ и его компонент, увкчашшо с процедурами структурю- параметрического
синтеза;
модели ' и метода процедур кокпоновки и размещении, повышающие надежнос7ь функционирования производственных систем, и введенная двумерная плотность распределения вероятностей (к-распределение), ' позволяющая оценить эффективности от оптимального размещения.
Практическая ценность работы заключается в разработке и применении системных показателей, а такш в создании программного обеспечения по расчету этих показателей, ориентированного на персональные ЭВМ и способного встраиваться в различные системы проектирования ГПС. Увеличение числа системных показателей повышает качеотво проектных решений и снижает затраты на этапе освоения ГПС за счет более детального ее исследования. Используя развиваемый в раооте аналитико-имитацжшный подход, разработаны методика проектирования поточных линий изготовления низковольтных комплектных устройств управления и методика расчета среднего времени перемещения штабелера для многономеиклатурных складов стеллажного типа.
Результаты внедрения. Основные результаты работы внедрены: а) в Иркутском филиале НИАТ, который являлся головной организацией по проіраммс "Инструмент" МАП в виде: аналитико-имитационнкх процедур для структурно- параметрического синтеза ГАУ; алгоритмов компоновки и размещения; методики выбора предпочтительного варианта производственной системы при многокритериальной оптимизации. Экономический эффект от выполненных исследований составил 65 тыс.руб.; бУ на Ангарском электромеханическом заводе в виде: комплекса аналитико-имитационных моделей для структурно - параметрического синтеза и расчета системных показателей линии общей сборки; методики проектирования конвейеров сборки и монтажа НКУ. Долевое участие в экономическом эффекте составляет 360 тыс.руб.; в) на Ангарском электромеханическом заводе в вида: имитационной модели по расчету проиэводительнрсти штабелера; рекомендаций и алгоритмов адресования грузов. Экономический эффект от внедрения равен IG7.3 тысруб, По материалам работы поставлены курсы лекций в Иркутском госуниверситето "Имитационное моделирование и проектирование" и в Иркутском политехническом институте
"Автоматизированное проектирование ЛІС".
Апробация работы. Основные пплояюніїя диссертационной раоогн
докладывались на международных и всесоюзних конференциях,
совещаниях, семинарах и школах: Всесоюзной конференции по
моделям планирования н управления (Одесса, 1931), 3-ем
Всесоюзном совещаніги по робототехннческим системам (Воронеж,
1984), Всесоюзной ІГГК по проблемам создания ГПС (Кременчуг,
1986), Всесоюзної НТК по проблемам автоматизации щхлгзводетва
(Пермь, Т987), Всесоюзний ІПТК по проблемам создания ПІС и РІК
(Одесса. 1989), Всесоюзной ІГГК по искусственному интеллекту
(Грозный, Т989), Всесоюзной конференции КТИ - 89 (Москва, Т38Э),
ІІ-ом Всесоюзном совещании по проблемам управления (Ташкент,
1989), Международной школе-семиларс по методам отимизации (Ир
кутск, 1989), 5-ом Всесоюзном совещании по робототехнике н ГПС
(Геленджик, 1990), 8-ой Всесоюзной школе по надеігаюсти БМС (Ко-
булети. 1990), Всесоюзном совещании по проблемам компьютеризи-
роваиного производства (Ташкент, 1990), Всесоюзной школе по
дискретной математике и ос приложении (Ирк,утск,1991), Междуна
родном семинаре по многоманипуллционпим роботам (Иркутск, 1991),
Между пародіюй копфертниии по актуальным проблемам
фундаментальные наук (Л'юкза, Т991).
Публда-Г'мь По реп.улітатом лсследовоииі'і опубликовано 46 научных рчбот з ри>>": статей, доклало^, тезисов докладов и препринтов.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, описка .литератур;-! из 215 наименований и двух прилояхчтчп. Оснопной текст работы содержит 286 страниц, включая 46 таблиц и 36 рисунков.