Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття ученого ступеня

кандидата технічних наук

Вплив різних видів простоїв на продуктивність дискретних гнучких виробничих систем

ОЛЬШАНСЬКА ІРИНА ВОЛОДИМИРІВНА

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Севастопольському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України (м. Севастополь)

Науковий керівник- доктор технічних наук, професор Обжерін Юрій

Євгенович, Севастопольський національний

технічний университет,

професор кафедри вищої математики

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Томашевський Валентин Миколайович, Національний технічний університет України ,,КПІ", професор кафедри автоматизованих систем обробки інформації і керування;

кандидат технічних наук, доцент Кирилович Валерій Анатолійович,

Житомирський державний технологічний університет, декан факультету інформаційно- комп'ютерних технологій.

Провідна установа - ,,Київський інститут автоматики", Міністерство промислової політики України, м. Київ.

Захист відбудеться ,,28" лютого 2005 р. о 14.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.002.04 Національного технічного університету України ,,Київський політехнічний інститут" за адресою : 03056 Київ-56, пр. Перемоги, 37.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного технічного університету України ,,Київський політехнічний інститут".

Автореферат розісланий 27 січня 2005 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради Д26.002.04

к.т.н., професор Л.С. Ямпольський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. Сучасний етап розвитку машинобудування характеризується широким застосуванням у промисловості гнучких виробничих систем (ГВС) , область використання яких поширюється на всі типи виробництва - від індивідуального до крупносерійного і масового. За допомогою ГВС вирішується таке завдання в промисловості, як підвишення продуктивності і надійності виробництва в цілому. Гнучкість виробничої системи, характеризується кількісним складом оброблюваних деталей чи виробів, що входять до складу даною системи, числом варіантів технологічних процесів і швидкістю переналагодження на випуск іншого виробу. Головна характерна риса дискретного виробництва полягає в роздрабленні виробничого процесу на окремі операції та в їх послідовному виконанні на різних виробничих машинах і робочих місцях. Важливим фактором, що визначає ефективність функціонування дискретних гнучких виробничих систем (ДГВС) є виникаючі в процесі їх функціонування простої, причини яких різноманітні .

При розрахунку , конструюванні й експлуатації ДГВС одна з основних задач полягає в тім , щоб технологічний процес не тільки відповідав вимогам конкретного виробництва, якості виробів, але і забезпечував високу продуктивність , надійність і ефективність в експлуатації з мінімальними втратами унаслідок відмовлень, переналагоджень, зміни і регулювання інструментів та інших видів простоїв .

Тому що жоден вид простоїв у процесі експлуатації діючих ДГВС не може бути цілком виключений, то дослідження повинні показувати, на яку величину можна реально скоротити ті чи інші простої ( по інструменту, устаткуванню, оргпричинам, переналагодженню й ін.) і як це вплине на характеристики надійності і продуктивність ДГВС.

В даний час запропоновано кілька основних методів оцінки й аналізу видів, наслідків і критичності відмовлень, що закріплені у відпо-відних національних стандартах.

Прагнучи підвищити продуктивність і надійність технологічного обладнаннч, усе більше підприємств з успіхом починають застосовувати систему TPM- Total Productіve Maіntenence, що означає комплексну підтримку продуктивності і надійності машин шляхом їх правильної експлуатації, контролю, діагностики і ремонтів.

Задачі, присвячені причинам виникнення простоїв, аналізу впливу цих простоїв на надійність і продуктивність ДГВС, виникають з пошуку шляхів скорочення різних видів втрат часу. Дослідженням, присвяченим пошукам підвищення продуктивності і надійності ДГВС з урахуванням різних видів простоїв , присвячені роботи Байхельта Ф, Банашека З., Брауна А., Волчкевича Л.І., Григорьяна Г.Д., Дащенко А.І., Зколниського М., Катажини А., Коппа В.Я., Кузнєцова М.М., Костюка В.І., Калина О.М., Лунарски Е., Малова А.Н., Черкесова Г.Н., Харченко А.О., Франкена П, Шаумяна Г.А., Ямпольського Л.С. і ін. Теоретичні результати, отримані указаними авторами, знайшли широке застосування в теорії комплексної автоматизації гнучких дискретних виробничих процесів. Однак у багатьох роботах через складність об'єкта досліджень теоретичні методи розрахунку продуктивності і надійності не дозволяють виділяти види простоїв, що найбільш впливають на функціонування ДГВС, тому що не враховують сукупний характер різних видів простоїв, інтенсивності їх виникнення і часу відновлення системи. Також у розглянутих роботах приймається ряд допущень, що знижують точність розрахунків, одним із яких є припущення про експонентний розподіл часу відновлення і безвідмовної роботи системи. Більшість використаних формул має статистичний характер. Тому необхідні дослідження, направлені на удосконалення теоретичних основ моделювання ДГВС , що дозволяють на стадіях проектування й експлуатації виділяти й аналізувати ті види простоїв (у тому числі і простоїв через переналагодження), що найбільше впливають на функціонування ДГВС. Це і складає зміст дійсної дисертації.

ЗВ'ЯЗОК РОБОТИ З НАУКОВИМИ ПРОГРАМАМИ, ПЛАНАМИ, ТЕМАМИ. Дисертація виконана в рамках наукового напрямку кафедр вищої математики і приладобудування СевНТУ ,,Стохастичні моделі автоматизованих виробничих систем". Результати роботи ввійшли складовою частиною до звітів з держбюджетних програм НДР ,,Полум'я", держ. реєстрація №0100V002312 і ,,Міра 1", номер державної реєстрації 01010001237.

МЕТА І ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ. Метою дослідження є підвищення ефективності функціонування ДГВС на основі побудови математичних моделей і аналізу наступного впливу різних видів простоїв на функціонування ДГВС.

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані і вирішені наступні задачі.

1. Розроблені математичні моделі функціонування гнучкого виробничого осередку ДГВС без накопичувача, з непоповнюваним і поповнюваним накопичувачем продукції і з урахуванням різних видів простоїв.

2. Розроблені математичні моделі функціонування многофазних ДГВС з різними видами простоїв устаткування.

3.Побудована методика визначення впливу різних видів простоїв устаткування на продуктивність і економічні характеристики ДГВС.

4. Перевірена адекватність отриманих математичних моделей на основі результатів експериментальних досліджень і імітаційне моделювання функціонування ДГВС.

ОБ'ЄКТОМ дослідження в даній дисертаційній роботі є дискретні гнучкі виробничі системи.

ПРЕДМЕТОМ дослідження є процес функціонування дискретних гнучких виробничих систем з урахуванням різних видів простоїв.

МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ. Теоретичні й експериментальні дослідження дискретної гнучкої виробничої системи проводилися з використанням положень теорії напівмарківських процесів із загальним фазовим простором, математичного аналізу , математичного програмування, теорії імовірностей, математичної статистики.

НАУКОВА НОВИЗНА. Наукова новизна дисертаційної роботи полягає у тому, що:

1. Побудовані нові математичні моделі функціонування гнучкого виробничого осередку (ГВО) без накопичувача і з накопичувачами різного виду, що дозволяють на відміну від розроблених раніше моделей, враховувати різні види простоїв елементів ГВО.

2. Побудовані нові математичні моделі функціонування дискретних гнучких однопоточної і паралельно-східної виробничих ліній із проміжними накопичувачами з урахуванням різних видів простоїв технологічного устаткування.

3. Отримані аналітичні вирази для техніко -економічних характеристик функціонування ДГВС з урахуванням різних видів простоїв.

4. На підставі проведених досліджень, здійснена кількісна оцінка впливу різних видів простоїв на характеристики функціонування ДВПС.

5. Вирішені оптимізаційні задачі, пов'язані з забезпеченням макси-мальної продуктивності при обмеженні на витрати, і мінімуму витрат при заданій продуктивності ДГВС .

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ОТРИМАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ. Практична цінність дисертації складається в наступному:

1. Розроблені моделі ДГВС є математичним забезпеченням для аналізу впливу різних видів простоїв на продуктивність і інші характеристики функціонування ДГВС на стадіях проектування й експлуатації.

2. Розроблена структура, принципи реалізації і програмні модулі діалогової програмної системи (ДПС) , призначеної для проектування ДГВС із різними видами простоїв .

3. Упровадження здійснене на ДП ,,Фесто" ,,Виробництво" у м. Сімферополі. Проведений технічний експеримент на оброблювальному центрі ТФ63МФ4, що належить російсько-німецькому підприємству ,,Седін Шисс" у м. Краснодарі. Розроблені теоретичні підходи впроваджені у навчальний процес СевНТУ при вивченні дисциплін, зв'язаних з моделюванням ДГВС.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК ЗДОБУВАЧА. Дисертаційна робота виконана автором самостійно на основі власних ідей і розробок. Особистий внесок здобувача в роботах , виконаних у співавторстві, складається в розробці математичних моделей функціонування ДГВС з урахуванням різних видів простоїв [1-5,8,10]; розрахунку технічних і економічних показників їх функціонування з урахуванням різних видів простоїв [7,9,11,12]; вирішенні оптимізаційних задач [13,14]; розробці імітаційної моделі ДГВС, яку рекомендується використовувати для перевірки правильності виконання аналітичних розрахунків [6] .

АПРОБАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ. Апробація результатів дисертаційної роботи проводилася на наступних науково- технічних конференціях: міжнародній науково- технічній конференції ,,Автоматизація: проблеми, ідеї, рішення" 13-18 вересня 1999р. (м.Севастополь), 6-й і 9-й міжнародних науково-технічних конференціях ,, Прикладні проблеми механіки рідини і газу'' у 1997р. і 2000р.(м.Севастополь), міжнародних конференціях з математичного моделюровання ,,МКММ'2000", ,,МКММ'2001", міжнародній науково-технічній конференції ,, Технологія машинобудування: проблеми і перспективи" 2-6 жовтня 2000р. (м.Севастополь) , міжнародній конференції з автоматичного керування ,, Автоматика-2000" 11-15 вересня 2000р. (м.Львів) , 3-й міжнародній науково- практичній конференції ,, ИНФОТЕХ -2000" , 8-й науково- технічній конференції ,,Машинобудування і техносфера на рубежі 21 століття " , 4-й міжнародній конференції ,, Техніка і технологія складання машин"22-25травня2001р. ум.Жешув (Польща), міжнародній науково-практичній кон-ференції ,,Автоматизація виробничих процесів" 16-19 травня 2002р. (м.Хмельницьк), 10-й міжнародній конференції ,,Автоматика-2003" (м. Севастополь), 11-й міжнародній конференції ,,Автоматика-2004", 27-30 вересня 2004р. (м.Київ), а також на наукових семінарах кафедр приладобудування, автоматизації технологічних процесів та виробництв, машинобудування і транспорту і вищої математики Севастопольського національного технічного університету; на семінарі кафедри автоматизації теплоенергетичних процесів Одеського національного політехнічного університету.

ПУБЛІКАЦІЇ. По темі дисертації опубліковано 14 друкованих праць, в тому числі 5 в збірниках ВАК Украіни.

СТРУКТУРА Й ОБСЯГ ДИСЕРТАЦІЇ. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновку, списку літератури, що містить 120 найменувань і 11 додатків. Робота містить 18 рисунків, 52 таблиці, 6 фотографій. Загальний обсяг роботи складає 212 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність теми, наукова новизна, практична значимість роботи, а також викладається перелік задач, дослідженню яких присвячена дисертаційна робота, формулюється мета дослідження.

В першому розділі ,,МОДЕЛЮВАННЯ ДИСКРЕТНИХ ГНУЧКИХ ВИРОБНИЧИХ СИСТЕМ З УРАХУВАННЯМ РІЗНИХ ВИДІВ ПРОСТОЇВ" розглянуті структура і класифікація ДГВС. Дослідження, виконані в дисертаційній роботі, зв'язані з такими видами гнучкості, як: організаційна гнучкість, що характеризує здатність ГВС функціонувати з мінімальними втратами продуктивності при відмові окремих компонентів та відхиленні від заданого режиму роботи; структурно-компоновочна гнучкість, що характеризується тривалістю виробничого циклу і визначається швидкістю перебудови ГВС при переході на випуск виробу іншого виду.

Приведено класифікацію основних видів і причин виникнення простоїв технологічного устаткування. Виконано аналіз видів продуктивності ДГВС, методів їх розрахунку з урахуванням різних видів простоїв. Розглянуті сучасні методи і засоби підвищення продуктивності ДГВС за рахунок зниження простоїв. Виконано огляд теоретичних досліджень, присвячених впливу різних видів простоїв устаткування на продуктивність і інші характеристики функціонування ДГВС. Сформульовані мета і задачі дисертаційної роботи.

У другому розділі ,,МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ДИСКРЕТНИХ ГНУЧКИХ ВИРОБНИЧИХ СИСТЕМ З УРАХУВАННЯМ РІЗНИХ ВИДІВ ПРОСТОЇВ" для побудови моделей ДГВС з урахуванням різних видів простоїв, розглянутий загальний підхід до їх математичного моделювання, заснований на теорії напівмарківських процесів (ПМП) і загальним фазовим простором станів, що дозволяє описувати системи в тому випадку, коли випадкові величини (ВВ), що характеризують систему, мають розподіл загального виду, що значно розширює можливості застосування розроблюваних моделей. Моделі побудовані при наступних допущеннях: у залежності від цілей вивчення, необхідної точності, рівня знань про надійність під ГВО можна розглядати як систему, так і елемент, як складову частину системи. ГВО може простоювати в силу простою і-го виду, з імовірністю Якщо ГВО простоює внаслідок простою і-го виду, то тривалість простою ГВО - СВ з функціею розподілу (ФР) . При простої ГВО виробництво одиниці продукції припиняється, після відновлення її працездатності виробництво одиниці продукції продовжується з урахуванням часу припиненна обслуговування. Функції розподілу СВ, що характеризують ГВО, загального виду.

Отримані результати для ГВО без накопичувача, з непоповнюваним і поповнюваним накопичувачем і різними видами простоїв.

Гнучкий виробничий осередок без накопичувача .

Порядок функціонування ГВО наступний: час випуску одиниці продукції складається з: основного операційного часу і допоміжного, що затрачується на установку заготовки, вивірку її положення, вимір заготовки. -СВ з функцією розподілу (ФР) , час функціонування між двома простоями ГВО- СВ с ФР .СВ є незалежними, такими що мають кінцеві математичні чекання і дисперсії. У рамках напівмарківської моделі для ГВО проведена класифікація типів продуктивності і характеристик працездатності. В рамках напівмарківської моделі для ГВО проведена класифікація типів продуктивності і характеристик працездатності, так, наприклад, формули для фактичної продуктивності, коефіцієнта використання ГВО має вигляд:

- кількість всіх простоїв; - кількість видів власнихх простоїв; - кількість видів простоїв з організаційних причин; - власні простої; - простої з органіизаційних причин.

Інтенсивність (середня кількість простоїв за одиницю часу в стаціонарному режимі) і-го виду простою для ДГВС визначається в такий спосіб: - кількість настання простою і-го виду за час t.

Використовуючи формулу (1), можна записати формулу для фактичної продуктивності ГВО через інтенсивність простоїв:

Гнучкий виробничий осередок з поповнюваним накопичувачем.

Одним з методів підвищення надійності функціонування ДГВС є тим- часове резервування. Про тимчасове резервування говорять у тих випадках, коли системі в процесі функціонування дається можливість витратити деякий додатковий час (резерв часу) на віднов-лення її технічних характеристик. Джерелами резерву часу на виробництві можуть служити проміжні накопичувачі, склади, запас продуктивності т. і.

Установка спеціальних проміжних накопичувачів пояснюється не тільки необхідністю компенсації неспівпадаючих простоїв сусідніх верстатів і ділянок, але й, у першу чергу, розбіжністю їх продуктивності.

У випадку поповнюваного накопичувача, його підживлення можливе після закінчення відновлення працездатності ГВО зі складу. У цьому випадку система може працювати тільки при наявності складу, що містить резерв продукції для підживлення накопичувача. До моменту чергового простою ГВО накопичувач передбачається цілком заповненим. Відмова системи настає в момент часу коли час відновлення об'єкта, після чергового порушення його працездатності перевищить резерв часу . Наробіток на відмовлення , середній стаціонарний час відновлення і коефіцієнт використання ГВО визначаються в такий спосіб:

Аналогічні результати були одержані для ГВО з непоповнюваним накопичувачем

Сучасні ДГВС характеризуються складною структурою. Збільшується кількість верстатів, поєднаних у єдину автоматизовану систему машин і кількість виконуваних операцій. Дуже ефективним структурним рішенням, що дозволяє істотно підвищити їх продуктивність і надійність при масовому випуску продукції, є проектування ДГВС рівнобіжними потоками. Об'єднання паралельних потоків єдиною транспортною системою дозволяє не тільки скоротити число обслуговуючих робочих, але і кращим чином використовувати верстати і лінії.

У дисертаційній роботі були побудовані моделі двофазної, од-нопоточної і паралельно-східної системи з проміжними накопичувачами і різними видами простоїв.

Двофазна гнучка система з проміжним накопичувачам.

На вхід першого верстата продуктивністю на кожнім відрізку часу надходить стільки одиниць продукції , скільки він може обробити за цей час при безвідмовній роботі, тобто Після обробки на першому верстаті продукція надходить на другий верстат Час безвідмовної роботи верстата є СВ із ФР . простоює з імовірністю внаслідок простою k-го виду , . Якщо верстат простоює внаслідок простою k-го виду, то час відновлення СВ з ФР СВ , передбачаються незалежними такими, що мають кінцеві математичні очікування. У ФР , , існують щільності Ємність накопичувача Н, що передбачається абсолютно надійним, виражається в одиницях часу, що знадобиться верстату для повного звільнення накопичувача; максимальна ємність накопичувача дорівнює . При простої верстата і заповненому накопичувачачі верстат відключається, а при простої і порожньому накопичувачачі відмикається верстат . У випадку різної продуктивності і працездатності обох верстатів швидкодіючий пристрій може працювати, не використовуючи цілком свою продуктивність, якщо накопичувач заповнений повністю при і , якщо порожній, при . Уся система вважається працездатною у даний момент часу, якщо вона видає продукцію на виході верстату. Для наближеного надхождення стаціонарних характеристик функціонування системи використовувався алгоритм фазового укрупнення.

Середній стаціонарний наробіток на відмовлення :

середній стаціонарний час тривалості простою :

стаціонарний коефіцієнт використання:

Використовуючи стаціонарний коефіцієнт використання, можна визначити продуктивність даної ДГВС і з накопичувачем: де - продуктивність випускного пристрою .

Однопотокова дискретна гнучка виробнича лінія.

Система містить n-1 накопичувачів. Можливими станами кожної із ГВО є :працездатність, відновлення і відключення. Накопичувачі є абсолютно надійними пристроями, що мають в обмеженіи ємності (ємність накопичувача виражається в одиницях часу, що знадобиться осередку для повного звільнення накопичувача ). Працездатна ГВО відкликається, зберігаючи працездатний стан при порожньому накопичувачі чи переповненому накопичувачі ; припускаючи, що осередок має не зростаючу продуктивність. Система знаходиться у стані відмови, якщо вихідний пристрій не виробляє продукцію; відновлення пристроїв вважається необмеженим.

Стаціонарний коефіцієнт використання:

Для паралельно-східних ліній в дисертаційній роботі були отримані аналогічні аналітичні вирази характеристик функціонування розглянутої ДГВС.

Третій розділ ,,ОЦІНКА ВПЛИВУ РІЗНИХ ВИДІВ ПРОСТОЇВ НА ПРОДУКТИВНІСТЬ ДИСКРЕТНИХ ВИРОБНИЧИХ СИСТЕМ" присвячений опису й аналізу поводження визначених характеристик ДГПС у залежності від різних видів простоїв обладнання. Проведено дослідження оцінки впливу видів простоїв ДГВС на її продуктивність та інших характеристик функціонування ДГВС.

Аналогічно визначається оцінка впливу і-ої групи простоїв на ко-ефіцієнт простою однопотокової лінії з проміжними накопичувачами:

де число видів простоїв для к-ой ГВО; --число видів простоїв для n-ой ГВО.

Усі простої в цьому випадку групуються за функціональними ознаками, такими як, наприклад, простої через інструмент, устаткування, з організаційних причин.

КПіj- коефіцієнт простою і-ої осередку, що характеризує частку простою двофазної системи внаслідок простою j-го виду.

Звичайно, оцінка якості функціонування ДГВС виробляється з урахуванням економічних критеріїв. Стан подібних систем у процесі експлуатації варто характеризувати за допомогою характеристик, зв'язаних з економічним ефектом від їх використання протягом встановленого терміну служби. Такими характеристиками можуть служити збитки (економічні втрати), що залежать від кількості і наслідків простоїв. Отже, можна сказати, що вартість річної експлуатації системи може бути представлена у вигляді двох складових: середнього питомого прибутку (прибутку за одиницю календарного часу) і питомих витрат (средних затрат за одиницю часу справного функціонування).

Середній питомий прибуток S (питомі простої S1) у рамках напівмарківських моделей виражаються в такий спосіб:

де -стаціонарний розподіл вкладеного ланцюга Марківа напівмарківського процесу; -середні значення часу перебування в стані системи; -функції, що позначають прибуток (витрати) у безвідмовному стані.

Для ГВО S і S1 приймуть вигляд:

де -прибуток ,одержуваний за одиницю часу роботи ГВО, -витрати за одиницю часу і-го виду простою.

В четвертому розділі ,,ПАРАМЕТРИЧНА ОПТИМІЗАЦІЯ ДИСКРЕТНИХ ГНУЧКИХ СИСТЕМ З РІЗНИМИ ВИДАМИ ПРОСТОЇВ ОБЛАДНАННЯ" розглядаються задачі підвищення ефективності функціонування ДГВС з урахуванням скорочення різних видів простоїв обладнання.

У процесі експлуатації ДГВС нерідкі випадки, коли ремонт відмовлених частин (елементів, вузлів, блоків) нераціональний і необхідна заміна запасними частинами. Тоді на відновлення працездатності системи іде менше часу, ніж при ремонті. Але якщо, є занадто мало запасних деталей, це може негативно вплинути на виконання поставленої задачі. З іншого боку, якщо закупити занадто велику кількість запасних частин, то це призводить до зайвих витрат, не економному використанню складських приміщень. Також придбання оптимальної кількості запасних частин повинно укладатися в межі наявних коштів,тобто продуктивність системи повинна досягатися найбільш економним способом.

Якщо ГВО не працює внаслідок простою з технічних причин і-го виду, то час відновлення ГВО шляхом заміни -СВ , шляхом ремонту- . Інтенсивність простоїв з технічних причин і-го виду (середнє число відмовлень і-го виду за одиницю часу) для ГВО можна уявити у вигляді суми де - інтенсивність власних відмов і-го виду, що усуваються за допомогою заміни (ремонту). Нехай на придбання запасних частин є обсяг коштів, що дорівнює С у.о. Одна запасна частина і-го виду, коштує у.е. При таких початкових умовах була вирішена задача визначення оптимальної кількості запасних частин для досягнення максимальної продуктивності: і зворотна їй задача визначення мінімуму вкладених коштів, для придбання запасних деталей щоб досягати заданої продуктивності: ,

Запропоновано методику рішення задачі оптимального розподілу коштів так, щоб одержати максимальну продуктивність.

При вихідних даних для ГВО, наведених у табл.1, у табл.2 приведена порівняльна характеристика продуктивності ГВО за різних умов. В табл.3 показані результати придбання оптимальної кількості запасних частин для ГВО.

Таблиця 1. Вихідні дані для ГВО

=30 днів,	(отк./ хв.)	(хв.)	(хв.)	(у.о.)
Несправність електроустаткування	.0018	3.50	4.177	5
Несправність мех. затиску	0.0015	2.10	3.110	8
Несправність мех. живлення	0.014	0.751	1.394	3

Таблиця 2. Результати дослідження продуктивності ГВО

за умови відсутності замін, з урахуванням одного лише ремонту, (дет./мін.)	за умови тільки замін, за умови відсутності ремонту, (дет./мін.)	з урахуванням придбання оптимальної кількості запасних частин, (дет./мін.) 7,0, 317
0.524	0.608	0.587

Таблиця 3. Визначення оптимальної кількості запасних частин для ГВО з мінімальними витратами

=30 днів, N=2063		(отк./ хв.)	(хв.)	(у.о.)
Несправність електроустаткування	4.177	0.0018	3.402	5
Несправність мех. затиску	3.110	0.0015	3.201	8
Несправність мех. живлення	1.394	0.014	0.756	3
Кількість запасних частин:

На етапах проектування й експлуатації ДГВС може виникнути задача визначення максимуму і мінімуму продуктивності і характеристик надійності ДГВС. Так, якщо інтенсивність виникнення простою і-го виду і середній час простою: знаходяться в границях:

то в силу монотонності характеристик надійності і продуктивності можна знайти їх максимальне і мінімальне значення. У табл.4 показані результати експлутаційних даних ГВО, що складаються з верстатів із ЧПУ і значення коефіцієнту простою у їх вузлах і блоках.

З урахуванням особливостей розглянутих задач для їхнього рішення використовувалось обчислювальне середовище Mathcad 6.0PLUS, метод рекуррентних співвідношень динамічного програмування і електронні таблиці Mіcrosoft Excel 2000.

Таблиця 4. Результати експлутаційних даних по верстатах із ПУ і значення коефіцієнту простою по вузлах і блоках системи з ЧПУ

Вузли (В) і блоки (Б)	Число простоїв за ч. експлу атації	min в ч	max в ч	в 1/ч	в 1/ч	min	max
Електронні Б	211	4.5	5.27	1.58	2.01	0.005	0.006
Пускорегулю-юча апаратура	260	4.44	5.12	1.98	2.45	0.005	0.007
Стрічко-про-тяжн. механізм	163	3.78	4.57	1.19	1.58	0.002	0.003
В.гідро-системи	244	5.66	6.57	1.853	2.311	0.007	0.009

При експлуатації ДГВС часто виникає необхідність рішення наступної задачі: є деякий резерв засобів для підвищення продуктивності ДГВС, необхідно розподілити його так, щоб продуктивність була максимальною.

Для рішення цієї задачі на прикладі ГВО з поповнюваним накопичувачем використовувавсь метод Лагранжа.

В п'ятому розділі ,,ПЕРЕВІРКА АДЕКВАТНОСТІ І РЕАЛІЗАЦІЯ ТЕОРЕТИЧНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ" представлені результати імітаційного моделювання для визначення впливу різних видів простоїв на характеристики функціонування ДГВС, проведений порівняльний аналіз експериментальних досліджень і теоретичних результатів, побудована і описана структура і принципи реалізації діалогової програмної системи аналізу і параметричної оптимізації ДГВС.

Аналітичні моделі перевірялися за допомогою імітаційного моделювання. Розроблені програми мовою GPSS/PC для ГВО без накопичувача і для дискретної гнучкої однопотоковаої лінії.

Порівняння результатів імітаційного й аналітичного моделювання показує, що максимальна відносна помилка визначення стаціонарного коєфіцієнта використання по аналітичній моделі складає не більше 3%. Для перевірки гіпотези про адекватність значення фактичної продуктивності, одержаної по аналітичній моделі і среднього значення продуктивності, одержаного за допомогою імітаційного моделювання були визначені середня выбіркова, вибіркова дисперсія, виправлена вибіркова дисперсія, вибірковий коефіцієнт кореляції V продуктивності ГВО, а також був побудований довірительний інтервал для продуктивності ГВО. Результати аналітичного й імітаційного моделювання зведені в табл.5.

Таблиця 5. Порівняння результатів аналітичного й імітаційного моделювання

Для КА-76	Для двофазної системи
	Результати аналіт. модел.	Результати імітац. модел.	h	Результати аналіт. модел.	Результати імітац. модел.
1.1	0.517	0.52	0	0.841	0.82
1.4	0.406	0.409	0.6	0.844	0.831
1.7	0.334	0.301	1.2	0.847	0.84

Здійснено збір і обробка статистичних даних для токарного автомату ,,КА-76" і обробного центру ТФ63МФ4.

Порівняння розрахункових і експериментальних даних по надійності і продуктивності ТВ63МФ4 наведене в табл.6. З таблиці видно, що розрахункові результати відрізняються від експериментальних по не більш, ніж на 5%, що підтверджує адекватність моделі ГВО, розробленої в розділ 2.

Таблиця 6. Порівняння розрахункових і експериментальних показників функціонування ТВ63МФ4

Модель	Розрахунки по моделі	Фактичні рез-ти	Похибка
ТВ63МФ4	=0,951	=0,999	4,87%

На прикладі електроустаткування центру (табл.7, рис.4) показані застосування методики аналізу впливу різних видів простоїв на продуктивність і надійність.

Таблиця 7. Вихідні дані простоїв електроустаткування обробного центру ТФ63МФ4

Несправність
1. При натисканні клавіші ,,Живлення увімкнути" не вмикається живлення	0.43	0.03- min
2. Не вмикається електродвигун головного приводу	0.02- min	0.5
3. Не перемикається ступінь редуктора головного приводу, хоча штоки в правильному положенні	0.06	0.08
4. Перервалося відпрацювання програми зміни інструменту через вимикач контролю	0.04	0.16- max
5. Перервалося відпрацювання програми зміни інструмента через магазин	0.45- max	0.05

Час функціонування 160 г., загальна кількість простоїв 46, =3.48год.

Результати дисертаційної роботи були впроваджені на ДП ,,Фесто" ,,Виробництво" у м. Сімферополі. Економічний ефект від упровадження зазначених досліджень склав 18530 грн.

Розроблено структуру і принципи реалізації діалогової програмної системи, призначеної для автоматизації рішення задач аналізу й оптимізації розглянутих систем. Істотними особливостями комплексу є наявність блоку аналітичних моделей, блоку імітаційних моделей, блоку оптимізації, використання діалогового режиму.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Загальним підсумком роботи є створення методу математичного моделювання дискретних гнучких виробничих систем з урахуванням різних видів простоїв обладнання. Розроблені моделі, отримані аналітичні вирази для розрахунку характеристик надійності і продуктивності зазначених систем. Результати роботи полягають в наступному:

1. Здійснено формалізацію постановки задачі математичного опису ДГВС. Істотними особливостями поставленої задачі є: облік імовірності виникнення різних видів простоїв і часу їх усунення; випадкові величини, що характеризують функціонування ДГВС, мають розподіл загального виду; використання накопичувачів.

2. Побудовані математичні моделі функціонування ГВО без на-копичувача і з поповнюваним і непоповнюваним накопичувачами з різними видами простоїв. Отримані формули для визначення продуктивності і стаціонарних характеристик надійності: коефіцієнта використання, наробки на відмову, середнього стаціонарного часу відновлення.

3. Створені математичні моделі для двофазної і однопотокової ліній з проміжними накопичувачами та з урахуванням різних видів простоїв для кожного з ГВО. Отримані вирази для стаціонарних характеристик функціонування лінії з урахуванням цих простоїв. Показано, що вид закону розподілу параметрів надійності елементів надає суттєвого впливу на продуктивність ДГВС.

4. На базі розроблених моделей побудована методика аналізу впливу різних видів простоїв на продуктивність і ефективність ДГВС.

5. Отримані формули для визначення середнього питомого прибутку і питомих витрат з урахуванням різних видів простоїв для ГВО без накопичувача і з урахуванням поповнюваного і непоповнюваного накопичувачів.

6. Розроблена методика для визначення оптимальної кількості запасних частин при заданих витратах на їх придбання.

7. Для перевірки теоретичних положень роботи, використовуючи дані пасивного експерименту у виробничих умовах, проведене порівняння теоретичних і експериментальних результатів- похибка розрахунків не більше 5%. Проведене імітаційне моделювання ГВО і двофазної системи з проміжним накопичувачем, що підтвердило теоретичні результати.

8. Розроблена структура, принципи реалізації й окремі модулі діалогової програмної системи, призначеної для проектування ДГВС.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1.Янчук И.В. , Обжерин Ю.Е. . Анализ надежности системы с кумулятивным резервом времени и различными видами отказов// Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр.- Севастополь, 1999.-вып.2.- с. 27-30.

2. Янчук И.В. Обжерин Ю.Е., И.В., Гаджибеков А.Н. Анализ надежности дублированной системы сборки с мгновенно пополняемым резервом времени.// Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр.- Севастополь, 2000.-вып.3.- с.85-89.

3. Янчук И.В. Обжерин Ю.Е., Копп В.Я. Анализ производительности технологической ячейки с учетом ее надежности и различных видов отказов// Вестн. СевГТУ: Сб. науч. тр.- Севастополь.- 2000.- Вып. 27.- с.107-113.

4. Янчук И.В., Обжерин Ю.Е. Полумарковская модель технологической ячейки с мгновенно пополняемым резервом времени и различными видами отказов.// Автоматика 2000: Материалы 7-й междунар. конф. по автоматич. управлен..- Львов.- 2000.- с.58-62.

5. Янчук И.В., Анализ надежностных характеристик двухфазной системы сборки с промежуточным накопителем с учетом различных видов отказов// Вестник технологического университета Подола: Научный журнал.- Хмедьницк, 2002.- №3, Т.1.- с. 135-139.

6. Янчук И.В. , Иванова Т.В., Мащенко Е.Н. Имитационная модель системы передачи данных с различными видами отказов// Вестн. СевГТУ: Сб. науч. тр.- Севастополь.- 2002.- вып 41.- с.185-189.

7. Янчук И.В., Обжерин Ю.Е. Распределение вкладываемых средств для обеспечения максимальной производительности технологической ячейки с учетом ее видов отказов// Новые технологии в машино-приборостроении и на транспорте: Материалы междунар.науч.техн. конф..,10-14 сент. 2001г.- Севастополь: Изд-во СевГТУ, 2001.-с. 81-84.

8. Янчук И.В. Анализ характеристик надежности параллельно сходящейся системы с учетом различных видов простоев// Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр.- Севастополь, 2002.-вып.5.- с. 161-166.

9. Янчук И.В. Технико-экономический уровень надежности технологической ячейки с мгновенно- пополняемым резервом времени и различными видами отказов// Сборник научн. трудов СИЯЭиП.- Севастополь: СИЯЭиП, 2002.-Вып.6.-с.185-189.

10. Янчук И.В. Стационарные характеристики надежности однопоточной автоматизированной системы с различными видами простоев оборудования.// Прикладные задачи математики и механики: Материалы 11-й междунар. науч. прикладн. конф..- Севастополь, 2002.-с.206-209.

11 Янчук И.В. ,Харченко О.А. Анализ технических и экономических характеристик работы автомобиля с учетом различных видов отказов// Автоматика 2003: Материалы 10-й международной конференции по автоматическому управлению.- Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2003.-с.

12. Янчук И.В., Глеч С.Г. Стационарные характеристики последовательной двухкомпонентной системы с учетом влияния различных видов простоев и технического обслуживания.// Автоматика 2004: Материалы 11-й международной конференции по автоматическому управлению, 27-30 сентября 2004г.- Киев: Изд-во НУПТ,2004.- с.38-39.

13. Analiza wplywu waznoscl roznych uszkodzen na niezawodnosc zautomaty zowanych nechnologicznych systemow Ju. Obzerin, I. Ynchuk, M. Zamorenow// Technika i tecynologia montazu maszyn, Mfntrialy 4 Miedzynarodowej Ronferencji Naukowo.- 2001.- p. 73-76

14. Янчук И.В., Обжерин Ю.Е., Песчанчкий А.И., Плаксина Н.Г. Определение оптимального количества запасных частей для технологической ячейки// Zagadnienia dydaktyczne w srodowisku systemow technolooogicznych.- Lublin.- 2003.- р.127-131.

Ольшанська І.В. Вплив різних видів простоїв на продуктивність дискретних гнучких виробничих систем.- Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.20-гнучкі виробничі системи- Національний технічний університет України ,Київський політехнічний інститут", Київ, 2005.

Приведено класифікацію основних видів і причин виникнення простоїв технологічного устаткування. Виконано аналіз видів продуктивності ДГВС, методів їх розрахунку з урахуванням різних видів простоїв. Розглянуті сучасні методи і засоби підвищення продуктивності ДГВС за рахунок зниження простоїв.

Для побудови моделей ДГВС з урахуванням різних видів простоїв, розглянутий загальний підхід до їх математичного моделювання, заснований на теорії напівмарківських процесів і загальним фазовим простором станів, що дозволяє описувати системи в тому випадку, коли випадкові величини, що характеризують систему, мають розподіл загального виду, що значно розширює можливості застосування розроблюваних моделей.

У дисертації розроблені та досліджені математичні моделі процесу функціонування дискретних гнучких виробничих систем (гнучкого виробничого осередку без накопичувача, з непоповнюваним і поповнюваним накопичувачем продукції та з урахуванням різних видів простоїв, багатофазних систем з проміжними накопичувачами: однопотокової і паралельносхідних ліній, з різними видами простоїв устаткування), що дозволяють враховувати різні види простоїв і оцінювати їх вплив на продуктивність і інші характеристики функціонування ДГВС.

Розглядаються задачі підвищення ефективності функціонування ДГВС з урахуванням скорочення різних видів простоїв устаткування. Запропонована методика рішення задачі оптимального розподілу засобів так, щоб одержати максимальну продуктивність. Отримано формули для визначення середнього питомого прибутку і питомих витрат з урахуванням різних видів простоїв для ГВО без накопичувача і з урухуванням поповнюваного і непоповнюваного накопичувачів. Розроблена методика для одержання оптимальної кількості запасних частин при мінімальних витратах на їх придбання і для досягнення максимальної продуктивності, що дозволяє підвищувати продуктивність ДГВС.

Проведене імітаційне моделювання ГВО і двофазної системи з проміжним накопичувачем, що підтвердило теоретичні результи. Порівняння результатів імітаційного й аналітичного моделювання показує, що максимальна відносна помилка визначення стаціонарного коєфіцієнта використання по аналітичній моделі складає не більше 3%.

Проведено технічний експеримент на оброблювальному центрі ТФ63МФ4, що належить російсько-німецькому підприємству ,,Седін Шисс" у м. Краснодарі. Порівняння розрахункових і експериментальних даних по надійності і продуктивності ТВ63МФ4 показало, що розрахункові результати відрізняються від експериментальних по не більш, ніж на 5%.

Результати дисертаційної роботи були впроваджені на ДП ,,Фесто" ,,Виробництво" у м. Сімферополі. Економічний ефект від упровадження зазначених досліджень склав 18530 грн.

Розроблена структура, принципи реалізації і програмні модулі діалогової програмної системи (ДПС), призначеної для проектування ДГВС з різними видами простоїв ДПС побудована з урахуванням можливості використування в умовах виробництва, необхідних для виконання розрахунків, і є відкритою для включення в неї нових модулів.

Ключові слова: дискретні гнучкі виробничі системи, простої різного виду, продуктивність, характеристики функціонування ДГВС.

Ольшанская И.В. Влияние различных видов простоев на производительность дискретных гибких производственных систем.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.20-гибкие производственные системы. - Национальный технический университет Украины ,,Киевский политехнический институт", Киев, 2005.

В диссертации разработаны и исследованы математические модели процесса функционирования дискретных гибких производственных систем (гибкой производственной ячейки без накопителя, с не пополняемым и пополняемым накопителем продукции и с учетом различных видов простоев, многофазных систем: однопоточной и сходящейся систем с различными видами простоев оборудования), позволяющие учитывать различные виды простоев и оценивать их влияние на производительность и другие характеристики функционирования ДГПС.

Полученные результаты в диссертационной работе позволяют решать оптимизационные задачи, связанные с обеспечением максимальной и заданной производительности ДГПС с учетом различных видов простоев.

Ключевые слова: дискретные гибкие производственные системы, простои различного вида, производительность, характеристики функционирования ДГПС.

виробничий дискретний простій устаткування

Olishanskaya I.V. The influence of different idlework type, the on productivity of diskrete flexible production sistems. - Manuscript.

The dissertation for scientific degree of the technical sciences candidate on speciality 05.13.20- flexible production sistems.- National Technical university of Ukraine "Kiev pollytechnical institute", Kiev, 2005.

In this scientific work the models of the operation process of the discrete flexible production systems (the flexible production cell without accumulator with the accumulated and nonaccumulated accumulator of production and with taking into account different types of idle work; polyphase systems: one-way and converging systems with different idle work types of equipment) are designed and explored. These models allow to take into consideration different idlework types and to evaluate their influence on the productivity and other features of DFPS operation.

The results obtained in this scientific work permit us to solve optimization tasks connected with the providing of maximum and given productivity of DFPS and with the considering of different types of idle work.

Key words: discrete flexible production systems, idle work of different types, productivity, features of DFPS operation.

Размещено на Allbest.ru