УДК 621.75:658.5
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ МЕХАНООБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
С.В. Лаздынь, А. И. Секирин
Донецкий национальный технический университет, кафедра АСУ,
г. Донецк
Источник:Материалы ІІ научно-практической конференции “ДОНБАСС-2020: наука и техника-производству”, - Донецк: ДонНТУ.- 2004. - С 6.25
Постановка проблемы повышения эффективности работы машиностроительных комплексов
Машиностроительные технологические комплексы являются сложными производственными структурами с различной степенью автоматизации, в состав которых входит высокотехнологичное оборудование и приспособления: станки с ЧПУ, промышленные роботы, автоматизированный транспорт и склад. Создание таких производств, требует значительных материальных и временных затрат. Поэтому одной из главных задач при эксплуатации ав-томатизированных технологических комплексов является обеспечение высокой эффективности их работы. Использование математического моделирования является одним из основных инструментов решения указанной задачи.
Анализ последних исследований и публикаций по модели-рованию АТК
Проведенный сравнительный анализ моделей применяемых для формализации работы АТК показал, что на сегодня наиболее эффективными являются подходы, основанные на использовании сетей и графов или имитационное моделирование. Однако, указанные модели не лишены недостатков, главным из которых является формализация с допущениями с целью упрощения модели, что нега-тивно влияет на оперативность и оптимальность управления, а так же на эффективность функционирования АТК в целом. В связи с этим, для преодоления вышеуказанных недостатков предлагается использо-вать объектно-ориентированный подход для моделирования АТК[1,2].
Состав и функционирование объектно-ориентированной модели АТК
Исходя из вышесказанного, в структуре АТК выделили четыре основных подсистемы: технологическую, транспортную, складскую и управляющую. Все подсистемы реализованы в объектной модели в виде классов объектов: GPM - ГПМ, SKD - склад, TM – транспорт и SU – система управления. Для обеспечения взаимодействия объектов в модели АТК разработан дополнительный класс DS (диспетчер событий), который формирует очередь событий.
Функционирование объектной модели АТК заключается в сле-дующем. После того как произведена начальная загрузка, система управления формирует команды-задания модулям. Диспетчер собы-тий компонует очередь команд, из которой они попадают модулям ад-ресатам. Получив команду, модуль вызывает соответствующую функ-цию, которая рассчитывает время окончания события, вызванного ко-мандой. После чего модуль передает рассчитанное время окончания события в DS, который в свою очередь передает его в систему управ-ления. Реакцией на подтверждение совершения события является сле-дующая команда СУ. Регистрация всех событий и команд происходит в выходной таблице модели АТК, которая является основой для фор-мирования расписания [1, 2, 3].
Программная реализация модели АТК выполнена с помощью объектно-ориентированного языка высокого уровня Delphi 7.0 и обеспечивает моделирование АТК с произвольной компоновочной структурой [3].
Экспериментальные исследования с использованием объ-ектной модели АТК и анализ полученных научно-практических результатов
Для проведения экспериментальных исследований и апробации разработанной математической модели АТК в качестве объекта выбран автоматизированный технологический комплекс механо-обработки деталей типа тел вращения, созданный на заводе ОАО “Точмаш” (г. Донецк.). АТК предназначен для обработки шайб, нип-пелей замков, муфт, дисков, колец диаметром до 400 мм и длиной до 500 мм (50-60 тыс. шт/год при двухсменной работе) эксплуатируют в среднесерийном производстве. В состав АТК входят: семь ГПМ СМ80Ц2503, транспортный модуль ТРМ-01, автоматизированный склад РСК-1000. При данной компоновке участка все гибкие произ-водственные модули взаимодействуют с автоматизированным скла-дом посредством транспортного модуля. Таким образом, выбранный для исследования автоматизированный технологический комплекс яв-ляется представительным объектом данного класса, так как включает все основные и вспомогательные компоненты.
Целью экспериментов с моделью АТК является выявление “уз-ких мест” исследуемого объекта. Для этого были проведены анализ загрузки ГПМ, классификация простоев по их причинам (таблица 1), а также – анализ загрузки и пропускной способности транспортно-складского оборудования (таблица 2).
Поскольку данный АТК построен на основе станков одинако-вого технологического назначения, анализ загрузки и простоев по ГПМ подтвердил относительную равномерность загрузки и простоев. Потери на переналадку невелики и составляют около 3,8%. Анализ простоев ГПМ показал, что они составляют около 27% от общего времени моделирования. Основными причинами простоев являются: отсутствие заготовок (12%), ожидание обслуживания транспортным модулем (15%). Это свидетельствует о том, что автоматизированный транспорт не успевает выполнять поступающие от ГПМ заявки на пе-ремещение деталей. Таким образом, основными резервами повышения загрузки ГПМ и производительности АТК в целом является сокраще-ние простоев технологического оборудования по первым двум выше-названным причинам.
Таблица 1 Данные о загрузке и простоях ГПМ, полученные в результате моделирования АТК
Анализ транспортно-складской системы показал, что автома-тизированный транспорт имеет высокий коэффициент загрузки, близ-кий к 1, что почти в 2 раза превышает загрузку склада. Это объясняет-ся тем, что АТК обслуживается одним транспортом, который переме-щает заготовки и инструмент в двух направлениях.
Таблица 2 Показатели работы транспортно-складского оборудования, полученные в результате моделирования АТК
Показатели интенсивности входных потоков заявок на пере-мещение и складирование деталей и производительности оборудова-ния указывают, что автоматизированный транспорт, имеет невысокую пропускную способность и высокую интенсивность заявок, которые обслуживаются со значительной задержкой.
Анализируя приведенные таблицы загрузки и простоев обору-дования и с учетом вышесказанного, можно сделать вывод о том, что “узким местом” исследуемого объекта является автоматизированный транспорт, так как он является самым загруженным элементом систе-мы и вызывает простои связанного с ним технологического оборудо-вания.
Проведенный анализ функционирования автоматизированного технологического комплекса позволил установить, что возможны два варианта устранения выявленного “узкого места”:
- повышение пропускной способности автоматизированного транспорта;
- снижение интенсивности потока заявок на обслуживание транспортом.
Для реализации первого варианта необходимо увеличить ско-рость работы транспортного модуля путем его замены на новый. Экс-перименты с моделью показали, что при замене существующего транспорта на модель робокара КТ10-01, скорость транспортного средства увеличилась в 2 раза и его коэффициент загрузки снизился до 0,89. Вместе с тем произошло увеличение загрузки ГПМ до 0,74 и снижение простоев до 0,22. Недостатком этого варианта является то, что замена транспортного средства связана с дополнительными капи-тальными затратами и вынужденными простоями всего АТК.
Более предпочтительным является второй вариант, который не предусматривает дополнительных капитальных вложений. Снижение интенсивности поступления заявок транспорту можно обеспечить двумя способами: путем увеличения размера транспортных партий или созданием промежуточных накопителей. В результате моделиро-вания на ПЭВМ различных вариантов было установлено, что рацио-нальный размер транспортных партий для данного АТК составляет 50-70 деталей. При этом простои ГПМ по вине транспорта умень-шаться на 20%. Создание при ГПМ дополнительных накопителей так же уменьшит простои ГПМ в ожидании обслуживания в среднем на 25% и разгрузит транспорт. Таким образом, за счет указанных изме-нений средние коэффициенты загрузки оборудования АТК изменятся следующим образом: ГПМ увеличится до 0,77, транспорта уменьшит-ся до 0,82, склада уменьшится до 0,53.
На рисунке 1 показана сравнительная диаграмма загрузки тех-нологического и транспортно-складского оборудования, которая под-тверждает эффективность предложенных изменений в организации работы АТК.
Рис. 1 Средние коэффициенты загрузки оборудования АТК до (1) и после (2) устранения «узкого места»
Выводы
Разработанная объектная модель АТК позволила получить и проанализировать загрузку различных видов оборудования: гибких производственных модулей, автоматизированного транспорта и склада. Разработаны и экспериментально подтверждены рекоменда-ции по улучшению работы транспорта, что обеспечило повышение за-грузки технологического оборудования.
Проведенные исследования показали целесообразность при-менения данного подхода в моделировании автоматизированных тех-нологических комплексов.
Литература
1. Лаздынь С.В., Секирин А.И. Совершенствование методов управления автома-тизированными технологическими комплексами механообработки на основе объектно-ориентированного подхода и генетических алгоритмов. // Научные труды Донецкого государственного технического университета. Серия: Вы-числительная техника и автоматизация, выпуск 38. – Донецк: ДонГТУ, 2002, стр.169-176.
2. Лаздынь С.В., Секирин А.И. Объектно-ориентированный подход в моделиро-вании автоматизированных технологических комплексов механообра ботки. //Материалы всеукраинской конференции «Информационные технологии в науке и технике (ITONT-2002)». – Черкассы: ЧГТУ, 2002, стр. 243-246.
3. Секирин А.И. Построение объектно-ориентированной модели автоматизиро-ванного технологического комплекса механообработки. // Наукові праці До-нецького національного технічного університету. Серія: Обчислювальна тех-ніка та автоматизація, випуск 64. – Донецк: ДонНТУ, 2003, стр.223-233.