ДонНТУ   |   ФКНТ   |   Портал магiстрiв

RU |  EN

• Резюме
• Біографія
• Реферат

1. Мета й завдання роботи
2. Вступ. Обгрунтування актуальності теми роботи
3. Запланована наукова новизна
4. Запланована практична цінність
5. Огляд досліджень і розробок по темі:
6. Постановка завдання дослідження
7. Опис мурашиних алгоритмів
8. Графова модель
9. Висновок
10. Список літератури

Мета роботи: Розробити комп'ютеризовану підсистему оперативного планування роботи автоматизованої технологічної ділянки механообробки деталей для підвищення ефективності його роботи за рахунок складання оптимальних розкладів роботи в умовах багатокрітеріальності вирішення завдання.

Завдання роботи:

• Охарактеризувати роботу механічної ділянки, дослідити параметри, що визначають цю роботу й поставити завдання календарного планування.
• Провести аналіз методів, моделей, алгоритмів і інструментальних засобів для оптимізації оперативного планування виробництва.
• Провести вибір і обґрунтування методу для оптимізації оперативного планування виробництва.
• Розробити й програмно реалізувати алгоритм для оптимізації оперативного планування виробництва.

У наш час спостерігається бурхливий розвиток інформаційних комп'ютерних технологій і їх впровадження в усі сфери діяльності людину. Більш гостро необхідність комплексного впровадження інформаційних систем керування стоїть перед підприємствами машинобудування. Застосування сучасних інформаційних технологій в галузі оперативного обліку виробництва допоможе впорядкувати документообіг, урахувати й мінімізувати втрати, підвищити продуктивність роботи, знизити витрати на роботу та ін [1].

Для машинобудівних підприємств із різною виробничою структурою одним із найважливіших завдань внутрішньоцехового планування є встановлення календарного плану завантаження встаткування. Розрахунки календарних графіків виконуються в усіх системах оперативно-виробничого планування, однак через складність завдання результати цих розрахунків далеко не повною мірою задовольняють умовам раціональної організації виробництва, як правило, у силу непередбачених обставин календарні графіки порушуються в перші ж години роботи цеху.

На реальний виробничий процес впливає велика кількість зовнішніх причин:

• вихід з ладу технологічного встаткування;
• уведення до виробництва нової деталі;
• збої в транспортно-складській системі.

У зв'язку із цим, для забезпечення строків виконання замовлень, виробнича програма на окремо взятій ділянці може змінюватися. Це викликає необхідність оперативного коректування розкладу. Тому труднощі побудови календарного плану полягають не тільки в попередніх розрахунках оптимального (найкращого) варіанта використання наявного встаткування для своєчасного виконання виробничих завдань, але також і в необхідності ефективного перетворення інформації про хід виробництва, що надходить з метою внесення відповідних корективів у первісний варіант плану. Такі завдання через великий обсяг обчислювальних робіт можна вирішити тільки за допомогою ЕОМ [2].

Комп'ютеризовані системи дозволяють істотно підвищити оперативність виробничого керування на підприємстві. Впровадження таких систем на підприємстві допомогли б контролювати рух і виробництво деталей і вузлів, тому що завдання оперативно-календарного планування значною мірою впливають на результати роботи підприємства в цілому [1].

Для забезпечення високої ефективності роботи виробничих ділянок і максимального використання можливості встаткування, необхідно створювати близькі до оптимального розклади роботи встаткування. Основним інструментом для цього є моделювання й оптимальне керування.

Більшість розроблених до теперішнього часу методик оперативно-календарного планування засновані на спрощених моделях, які знижують їхню практичну значимість, або ці методики можуть застосовуватися лише для певних специфічних умов. Існує необхідність у розробці методики оперативного календарного планування роботи підприємств дискретного виробництва, яка дозволила б проводити оптимізацію розкладу випуску продукції по декільком критеріям якості з урахуванням існуючих обмежень, формувати змінно-добові завдання підрозділам цеху й при цьому забезпечувала б отримання оптимальних або близьких до оптимальних розв'язків.

Невивченим залишається рух партій деталей безпосередньо у виробничім середовищі, на виробничій ділянці згідно з технологічним маршрутом. Створення програмних комплексів для моделювання й керування роботою виробничих ділянок, складання близьких до оптимальних розкладів роботи встаткування, є актуальним науково-технічним завданням [3].

Це завдання вже вирішувалося за допомогою мурашиних алгоритмів, де обіг «мурах» можна було розцінювати як рух партій деталей по виробничій ділянці. А наукова новизна моєї роботи полягає в тому, що за «мураху» я буду брати встаткування (ГПМ).

Це дозволить на практиці швидко й ефективно вирішувати завдання оперативно-виробничого планування. Розроблений програмний модуль дозволить скоротити витрату матеріальних і тимчасових ресурсів на виконання планування виробничого процесу, підвищить якість обробки інформації і якість результату обробки, виключивши помилки, пов'язані з людським фактором.

• глобальний (світовий)

Створений ряд програмних продуктів, які можна віднести до ERP систем, наприклад, LEKIN та TACTIC. Із закордонних авторів можна зазначити: Rong Zhou, Jun Zhang, Alan S. Manne та ін.

• національний (хто й що робить по даній темі в країні за межами ДонНТУ)

У цілому по Україні було знайдено безліч робіт із суміжних областей з розроблювальною підсистемою. Можна зазначити такі існуючі розробки по даній темі як: система технологічної підготовки, оперативного планування й диспетчерського контролю «ФОБОС», (MRP-II) ERP-система «Компас», СПРУТ-ОКП, Zenith SPPS та ін.

• локальний (за матеріалами викладачів, аспірантів і магістрантів ДонНТУ)

За результатами пошуку серед матеріалів порталу магістрів ДонНТУ були знайдені роботи Андрєєнкової О.О., Хаустової Д. О., Сухорукова Д. В., у яких розглядалися проблеми оперативно-календарного планування в різних галузях. З наукових праць викладачів нашого університету по даній темі були знайдені роботи Секіріна О. І.

Складання календарного плану завантаження встаткування в загальному випадку полягає в наступному: є деталі, які необхідно обробити на верстатах. Потрібно визначити таку послідовність вступу деталей для обробки на кожний верстат, щоб час простоїв устаткування (загальний час обробки деталей) був мінімальним.

Завданням керування є забезпечення випуску продукції згідно з виробничою програмою (N_пл) по кількості й у встановлений термін при ефективному використанні ресурсів (R_l) в умовах дії обурювань (Vk). Забезпечення високої ефективності використання ресурсів (R_l) і функціонування цеху в цілому досягається за рахунок оптимізації розкладів роботи встаткування.

Процес виготовлення деталей Di (i=1, ..., п) розбивають на технологічні операції О_ij (i=1,..., п; j=1,..., m). Деталі одного типу поєднуються в транспортні партії й у розрізі розкладів розглядаються як технологічна одиниця. Кожна операція може бути виражена:

де Н_ij - номер групи технологічного встаткування; Т_ij - тривалість виконання операції.

Технологічний маршрут – це послідовність виконуваних операцій, які проходить i-а деталь у процесі обробки:

Операція О_ij повинна виконуватися без перерви із самого початку. Якщо позначити через t_ij - час початку виконання операції О_ij, а через t_ij' -момент закінчення обробки, то повинна виконуватися рівність:

Очевидно, що час початку обробки залежить від часу виконання попередніх операцій і завжди виконується нерівність: t_ij ≤ t_ij+1. Тоді сукупність {t_ij} (i=1,...,n; j=1,...,m), що задовольняє усім технологічним і тимчасовим обмеженням, є розкладом роботи.

Обмеження

Завдання оптимізації розкладу полягає в тому, щоб визначити таку послідовність запуску деталей у виробництво й розміри партій запуску, при яких критерій оцінки якості розкладу прагнув до экстремуму при виконанні наступних обмежень:

1. обмеження за обсягами виробництва:

N_пл=N_ф,   (4)

де N_ф - фактична виготовлена кількість деталей i-го типу (i=l,...,K);

N_пл - задана у виробничій програмі кількість деталей i-гo типу.

К - номенклатура деталей, що виготовляються.

2. обмеження за строками виготовлення:

Т_пл ≥ Т_ф,   (5)

де Т_ф - фактичний строк виготовлення i-ої деталі (i=l,...,K);

Т_пл - директивний строк виготовлення i-ої деталі.

3. обмеження за фондом часу роботи технологічного встаткування:

,   (6)

де Т_ij - тривалість виконання технологічної операції;

Ri - ресурс i-ої групи встаткування.

Критерії оцінки ефективності

Запишемо основні критерії, завдяки яких може бути зроблена оцінка ефективності отриманого розкладу:

1. Мінімізація тривалості циклу виготовлення деталей (мінімізація простою встаткування)

T_опт = Т → min ,   (7)

де Т - загальний час виробничого циклу.

,   (8)

де Т_ij - тривалість циклу технологічної операції i-ої партії деталей;

αij - тривалість простою перед початком виконання j-ої технологічної операції над i-ою партією деталей;

2. Максимізація середнього коефіцієнта завантаження технологічного встаткування (максимізація завантаження встаткування)

Копт _з = 1/m∑K_з → max,   (9)

де m - кількість устаткування;

K_з - коефіцієнт завантаження i-го встаткування.

Коефіцієнт завантаження i-гo устаткування визначається відношенням часу продуктивної роботи до загального часу по формулі:

,   (10)

3. Мінімізація часу пролежування деталей

,   (11)

,   (12)

де α_i - витрати на зберігання i-ої партії деталей.

Також можливі й інші критерії для вибору оптимального календарного плану завантаження верстатів. Можна використовувати мінімізацію: загальних витрат на обробку деталей; максимальної затримки випуску деталей; загального часу обробки деталей; вартості незавершеного виробництва; сумарних відхилень від планових строків виготовлення деталей; числа або тривалості переналагоджень; розміру партії деталей; завантаження унікальних верстатів.

Перераховані критерії в більшості випадків суперечливі, і тому від правильного вибору критерію багато в чому залежить якість календарного плану.

При цьому сукупність часу {t_ij}_опт, що відповідає екстремум критерію F(G) при виконанні зазначених обмежень буде оптимальним розкладом (G') роботи [2].

Мурашиний алгоритм для оптимізації завдань, подібний до оперативного планування, не вимагає наявності моделі об'єкта оптимізації [4].

Основна ідея простого мурашиного алгоритму є моделювання обігу мурах, колективної адаптації. Колонія являє собою систему з дуже простими правилами автономного обігу особин. Однак, незважаючи на примітивність обігу кожної окремої мураху, обіг усієї колонії виявляється досить розумним. Таким чином, основою обігу мурашиної колонії є низькорівнева взаємодія, завдяки якому, у цілому, колонія являє собою розумну багатоагентну систему. Взаємодія визначається через хімічну речовину - феромон, що відкладається мурахами на пройденому шляху. Під час вибору напрямку руху, мураха виходить не тільки з бажання пройти найкоротший шлях, але й по досвіду інших мурах, інформацію про який одержуємо через рівень феромонів (на ребрах). Згодом відбувається процес випару феромонів, що є негативним зворотним зв'язком [5].

Завдання планування ставиться до оптимізації дискретних процесів. Останнім часом, для пошуку оптимального вирішення, широко використовуються мурашині алгоритми, в основі яких завжди лежить графова модель об'єкта або завдання. Тому розглянемо побудову графової моделі функціонування роботи автоматизованої технологічної ділянки (АТД).

Елементами графа є вузол (вершина) і ребра, що з'єднують окремі вершини графа (див. мал.1). Вихідна вершина графа визначає початок виконання плану (старт) і в цю вершину передбачається поміщати стільки мурах, скільки устаткування на виробничій ділянці. Інші вершини графа розбиті на рівні, кожний з яких відповідає окремій технологічній операції. Кількість вершин у першому й у другому рівні дорівнює кількості типів, запланованих до випуску деталей. На інших рівнях вершин може бути менше, якщо технологічна карта випуску деталей містить тільки дві операції.

Таким чином, вузол – це умовна позначка виконуваної операції на даному етапі певним ГВМ, а ребро характеризується ймовірністю переходу мурахи (ГВМ) з однієї операції на іншу.

Малюнок 1 – Граф для завдання оперативного планування роботи виробничої ділянки.

Імовірності переходу мурах зі старту до вузлів першого рівня можуть бути розраховані з використанням тимчасових параметрів технологічних карт виготовлення деталей і з урахуванням строків виконання замовлення.

де Ti – час виконання операції;

T_i^ср – строк виконання замовлення.

Імовірності подальших переходів необхідно розраховувати з обліком вже виконаної роботи й часу, що залишився до строку випуску партії деталей.

Якщо переходи від старту можливі тільки до вершин першого рівня, то подальші переходи передбачають з'єднання вершин одного рівня й наявність петель, що означає продовження виконання даної операції з наступною партією деталей [6].

Автоматизація обробного й допоміжного устаткування з використанням сучасних комп'ютерних технологій, в умовах розвитку машинобудування, є одним з основних напрямків технічного прогресу в машинобудуванні. Устаткування повинне забезпечувати виконання заданої номенклатури технологічних операцій на ділянці у встановлений строк і мати здатність оперативно реагувати на зміну стану встаткування, зміну виробничих замовлень.

Для забезпечення високої ефективності роботи виробничих ділянок і максимального використання можливості встаткування, необхідно створювати близькі до оптимального розкладу роботи встаткування.

У ході виконання даної роботи були проаналізовані існуючі методи, моделі й підходи для вирішення завдань оперативно-календарного планування. Був розроблений алгоритм і графова модель процесів роботи й підвищення ефективності функціонування автоматизованої технологічної ділянки механообробки деталей, на основі субоптимального розкладу роботи встаткування.

У подальшому буде розроблений і програмно реалізований алгоритм для оптимізації роботи виробничої ділянки.

1. Первозванский А.А. Математические модели в управлении производством // Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», М. – 1975, 616 с.

2. Сытник В.Ф. АСУП и оптимальное планирование // Издательское объединение «Вища школа», Киев. – 1977, 312 с.

3. Секирин А.И. Программный комплекс для моделирования, анализа и оптимизации работы автоматизированных технологических комплексов механообработки // Донецкий национальный технический университет, кафедра автоматизированных систем управления.

4. Ходашинский И.А., Горбунов И.В., Дудин П.А. «Алгоритмы муравьиной и пчелиной колонии» // М. - 2007.

5. Штовба С. Статья из журнала Exponenta Pro: Муравьиные алгоритмы [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://rain.ifmo.ru/.../ant-algo-2006/article.pdf

6. Габалис Е.Ю., Савкова Е.О., Жукова Т.П. Графовая модель планирования работы автоматизированного технологического участка механообработки деталей // Збірка матеріалів IІ всеукраїнської науково-технічної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених – 11-13 квітня 2011 р., Донецьк, ДонНТУ – 2011, с. 49-53.

7. Лаздынь С.В., Секирин А.И. Оптимизация расписаний работы автоматизированных технологических комплексов механообработки с использованием генетических алгоритмов // Международный сборник научных трудов “Прогрессивные технологии и системы машиностроения”, выпуск 25. –Донецк: ДонНТУ.-2003, c. 198-203.

8. Исполнительный производственные системы. Официальный сайт компании Fobos-mes [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.fobos-mes.ru/russian-MES/index.php

9. Независимый ERP-портал [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.erp-online.ru/.../kompas/

10. Официальный сайт LEKIN [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.stern.nyu.edu/.../lekin/index.htm

11. Официальный сайт TACTIC [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.waterloo-software.com/

ВАЖЛИВЕ ЗАУВАЖЕННЯ.

Під час написання даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Повне закінчення роботи: грудень 2012 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані в автора або його керівника після зазначеної дати.