Научно-теоретический журнал "Искусственный интеллект". Выпуск №4 - Донецк: ДГИИ МОН и НАН Украины:"Наука и образование".-2005 - 507с.

В работе изложено представление характеристик гибочного стана, предназначенного для производства различных металлических профилей. Произведена классификация переменных, выделены входные, выходные, измеримые и управляющие переменные для системы управления нижнего уровня – станом и для системы верхнего уровня – управление предприятием. Осуществлена постановка и формализация задач управления для обоих систем, представленная в виде соответствующих функционалов цели. Работа может представлять интерес для специалистов, занимающихся разработкой многоуровневых систем управления.

Постановка проблемы

Современное исполнение контрольно-измерительных приборов, контроллеров и вычислительных комплексов, объединенных общими драйверами и интерфейсами создало предпосылки комплексной реализации задач управления начиная от технологического агрегата, и заканчивая предприятием в целом. Это предопределяет актуальность проблематики связного синтеза многоуровневых и, в частности, двухуровневых систем.

Анализ исследования и публикаций. Общетеоретические аспекты синтеза многоуровневых систем изложены в работе [1]. Материал, изложенный в ней представляет собой методику подхода к вопросам проектирования иерархически соподчиненных систем. В работе [2] предлагаются методы системного анализа, на основании которых возможна постановка задач оптимального управления процессами и производствами. В работе [3] предложена методика декомпозиции цели и управления в многоуровневых системах, которая принята за основу данной работы.

Постановка задачи. В предлагаемой работе рассматриваются аспекты проектирования двухуровневой системы управления небольшого предприятия, основным производством которого является изготовление различного типа профилей на гибочных станах, осуществляющих превращение полосовой заготовки штрипса в металлический профиль заданной длины и типоразмера. Предприятие формирует портфель заказов, определяя соответствующее ценообразование с последующим составлением производственной программы. Согласно методологии системного анализа, необходимо определить перечень переменных, характеризующих как работу стана, так и предприятие в целом, выделить условия измеримости и определить показатели, с помощью которых можно управлять как станом, так и предприятием.

Основной материал. Цех по изготовлению профиля включает в себя линию продольно-поперечной резки и два стана, изготавливающих профили разных типоразмеров. Линия продольно-поперечной резки рулонной стали состоит из разматывателя, роликовых ножниц, кромконаматывателя, наматывателя, устройства натяжения штрипса и шкафа управления. Конструкции гибочных станов аналогичны. Гибочный стан по изготовлению открытого профиля включает в себя: разматыватель, профилирующую установку, приемный стол и шкаф управления. Профилирующая установка является основным устройством стана (консольного) и состоит из сварной рамы, заправочного устройства, профилирующих клетей, механизма правки, отрезного устройства абразивного типа и мотора-редуктора.

На склад предприятия поступают рулоны оцинкованной стали, которые на линии продольно-поперечной резки разрезаются на бухты металла необходимой длины и ширины. Рулон устанавливают на разматыватель, его конец заправляют в приемное устройство роликовых ножниц, которые отрезают от листа нужную ширину бухты. Отрезанная лента через петлевую яму и натяжное устройство поступает на наматыватель бухты. Отрезанная кромка поступает на кромкосвертыватель. Подготовленную для профилирования бухту устанавливают на разматыватель стана, подающий бухту в профилирующий стан. Край полосы помещается в заправочное устройство, предотвращающее смещение полосы металла от заданного направления. Затем производится формовка профиля: полоса металла пропускается последовательно через все профилирующие клети, которые придают штрипсу необходимую форму. Отрезное устройство, управление которым осуществляется с помощью пневмоцилиндра, приводимого в движение сжатым воздухом, позволяет фиксировать длину готового изделия. Изделия поступают на приемный стол, где происходит частичное накопление после их резки. Осуществляется упаковка изделий в пачки согласно портфелю заказов.

В соответствии с анализом технологии гибочного стана 1.00.000 в качестве объекта управления можно выделить непосредственно гибочный стан, стол, оборудованный пневмоцилиндром и концевыми датчиками БВК и абразивное отрезное устройство. Тогда классификацию переменных системы управления (автоматический режим) можно представить в виде блок-схемы (рис. 1)

рис. 1. – Блок-схема системы управления

В качестве входных переменных – составляющих вектора Х, выступают:

х₁ – длина рулона; х₂ – упругость стали; х₃ – ширина полосы; х₄ – усилие на валках формовочных клетей (4 шт.); х₅ – усилие на валках калибровочных клетей; х₆ – скорость подачи заготовки; х₇ – положение стола (вверх-вниз)

Из этих переменных измеримыми являются х₆, х₇.

В качестве компонент вектора выходных переменных Y выступают:

y₁ – длина готового профиля; y₂, y₃ ,y₄ - углы профиля; y₅ – серповидность; у₆ – производительность стана штук/час;

В качестве компонент вектора управляющих воздействий U приняты:

u₁ – скорость подачи заготовки; u₂ – усилие на нажимных валках; u₃ – включение отрезного устройства (двоичное); u₄ – подача давления в пневмосистему поршня стола; u₅ – включения рольганга транспортировки готовой полосы.

Для автоматизации функций организации управления производством в качестве входных переменных могут быть приняты:

x₈ – количество договоров на продукцию; x₉ – вид продукции, заказываемой в каждом договоре; x₁₀ – количество продукции каждого вида в портфеле заказов;

Обозначим через x_ij – количество продукции, где i – номер договора на поставку продукции, i=[1, N], N – количество договоров, j – номер вида продукции, j = [1, M], M – количество видов продукции в договорах.

Интегральный входной показатель автоматизированного режима, характеризующий портфель заказов предприятия

Z_j = , (1)

где Z_j -количество j продукции в портфеле заказов текущего планового периода

Z_ij = , (2)

где Z_ij – объем продукции портфеля заказов на текущий плановый период. Объем продукции может быть задан в тоннах или погонных метрах.

Выходными переменными автоматизируемого режима выступают:

y_1j – общая длина рулонов, необходимая для производства z_j продукции; y_2j – количество отходов (немерного материала); y_3j – стоимость рулонной стали; y_4j – плановое время переналадки с профиля на профиль; y_5j – расходы инструмента; y_6j – себестоимость (технологическая) производства единицы j-го профиля.

В качестве управляющих воздействий автоматизированной системы выступают тройки

U_1j = (z_j,t_j,d_j), (3)

где t_j – время изготовления j вида продукции; d_j – дата начала производства j вида продукции.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ

Для автоматического режима работы стана можно сформулировать следующую физическую постановку задачи:

реализовать управление процессом прокатки таким образом, чтобы при заданной длине, типе профиля и марки стали угловые отклонения профиля и серповидность были минимальны.

Формальная постановка задачи может быть представлена в виде функционала (4):

(4)

Для пластической деформации заготовки в процессе прокатки, согласно физической постановке задачи

, (5)

где l – элемнт длины заготовки, L – длина готовой продукции.

Для автоматизированной системы физическая постановка задачи может иметь следующий смысл:

Организовать выполнение позиций портфеля заказов таким образом, чтобы технологическая себестоимость производства была минимальной.

Формальная постановка задачи имеет вид:

(6)

Функционал I (5) предназначен для управления процессом прокатки в реальном масштабе времени и может быть реализован на контроллере типа CPM1F-30CDR-A-V1 NL (OMRON).

Функционал F (6) предназначен для задач планирования производства на месяц, декаду, сутки и может быть реализован на ПК управленческого персонала предприятия.

ВЫВОДЫ

В работе решается актуальная задача управления малым предприятием, осуществляющим изготовление металлических профилей. Научная новизна работы заключается в том, что произведена формальная классификация переменных, физическая и формальная постановка задач управления станом и предприятием в целом.

Практическое значение работы заключается в том, что представленная задача автоматического управления станом, ее основные принципы, могут быть реализованы на программируемом контроллере

Используя экономические показатели деятельности предприятия и анализ информации базы данных о портфеле заказов и его исполнении, поставлена и формализована задача автоматизированного управления предприятием, которая может быть реализована на ПК планового отдела предприятия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. – М.: Мир, 1973. – 483 с.

2. Рыков А.С. Методы системного анализа: многокритериальная и нечеткая оптимизация, моделирование и экспертные оценки. – М.: Экономика, 1999. – 191 с.

3. Криводубский О.А. Представление систем управления в функциональных пространствах // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Сер. Обчислювальна техніка та автоматика. – Вып. 64. – с. 205-212.

А.О. Новаковська

Двохрівневе управління профілюючим станом.

У роботі викладені правила представлення двохріневої виробничої структури, де реалізовано керування на кожному рівні, сформульовані функціонали, що відтворюють задачі управління станом та підприємством взагалі. Робота може становити інтерес для фахівців, які реалізують проектування систем управління.

A.O. Novakovska

Doublelevel control system of profiling equipment.

In the article the rules of representation of doublelevel industrial structures with control system in every level, generalized functional for problem automatical equipment and undertaking at all. Article can be interesting for the experts realizing designing of control systems.