Комплексна система автоматизації технологічних процесів виготовлення механізованих кріплень

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 622. 232. 72

Комплексна система автоматизації технологічних процесів виготовлення механізованих кріплень

Спеціальність 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Джербі Мохамед Шамседдін Б. Алі

Донецьк 2001г.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донецькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться “ 15 ” листопада 2001р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К11.052.03 Донецького національного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, корп.1, ауд. 201.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького національного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, корп.2.

Автореферат розісланий “ 08 ” жовтня 2001р.

механізований кріплення інтенсифікація

АНОТАЦІЯ

Джербі Мохамед Шамседдін Б. Алі. Комплексна система автоматизації технологічних процесів виготовлення механізованих кріплень. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - “Автоматизація технологічних процесів ”. - Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2001.

У дисертаційній роботі для інтенсифікації і підвищення ефективності виробництва кріплень з використанням теорії випадкових процесів і імітаційного моделювання дане нове рішення актуальної задачі створення комплексної системи автоматизації технологічних процесів виготовлення механізованих кріплень на основі вивчення багаторівневої системи дискретного і безперервного виробництва, параметри якої змінюються за часом і в просторі.

Значення роботи полягає в розробці: алгоритмів і програм аналізу параметрів технології виготовлення елементів секції кріплення, за допомогою яких визначені внутрішні резерви виробництва; алгоритму технології виготовлення механізованого кріплення і імітаційної моделі технологічного маршруту, що дозволяють визначити параметри технологічного процесу, недоступні для дослідження в натурних умовах; вимог і наукового обгрунтування структури комплексної системи автоматизації технологічних процесів виготовлення кріплень як дискретнобезупинного виробництва, в якій розроблені математичні моделі, алгоритми використовуються як керуючі алгоритми; методики й алгоритму визначення частоти контролю і регулювання параметрів автоматизації керування технологічними процесами виготовлення механізованих кріплень.

Ключові слова: кріплення, технологічний процес, динаміка випуску, комплексна система автоматизації, математичні моделі, автоматичне регулювання, імітаційна модель.

АННОТАЦИЯ

Джерби Мохамед Шамседдин Б. Али. Комплексная система автоматизации технологических процессов изготовления механизированных крепей. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05. 13. 07 - “ Автоматизация технологических процессов ”. - Донецкий национальный технический университет, Донецк, 2001.

В диссертационной работе для интенсификации и повышения эффективности производства крепей с использованием модульного принципа, теории случайных процессов и имитационного моделирования дано новое решение актуальной научной задачи создания комплексной системы автоматизации управления технологическими процессами изготовления механизированных крепей на основе исследования многоуровневой дискретно-непрерывной системы, параметры которой изменяются во времени и пространстве. Установлено, что в математических моделях сложного многосвязного дискретно-непрерывного процесса изготовления крепей необходимо учитывать случайный характер протекания технологического процесса, связь между технологическими операциями во времени и пространстве. Технологические маршруты изготовления компонентов секции крепи некоррелированы между собой, что определяет методы разработки математических моделей и структуру построения комплексной системы автоматизации управления технологическими процессами. Проведены теоретические и экспериментальные исследования и предложена имитационная модель функционирования технологического маршрута, которая позволяет определить характер изменения возмущающих воздействий и параметров технологического процесса, недоступных для исследования в натурных условиях. Для оценки эффективности производства крепей и интенсификации технологических процессов обоснованы основные критерии: уровень синхронизации технологических процессов и время цикла изготовления лаво-комплекта крепи. На основе разработанных требований и принципов предложена структура двухуровневой комплексной системы автоматизации управления технологическими процессами изготовления крепей. Нижний уровень системы управления имеет подсистему автоматизации управления технологическими маршрутами - дискретное производство и подсистему автоматического регулирования термообработки - непрерывное производство. Значение работы заключается в разработке:

алгоритмов и программ анализа параметров технологии изготовления элементов секции крепи, с помощью которых определены внутренние резервы производства;

алгоритма технологии изготовления механизированной крепи и имитационной модели технологического маршрута, позволяющих определить параметры технологического процесса, недоступные для исследования в натурных условиях;

требований и научном обосновании структуры комплексной системы автоматизации технологических процессов изготовления крепей как дискретно-непрерывного производства с использованием теории случайных процессов для интенсификации и повышения эффективности производства, в которой разработанные математические модели и алгоритмы используются как управляющие алгоритмы;

методики и алгоритма определения частоты контроля и регулирования параметров автоматизации управления технологическими процессами изготовления механизированных крепей.

Ключевые слова: крепь, технологический процесс, динамика выпуска, комплексная система автоматизации, математические модели, автоматическое регулирование, имитационная модель.

ABSTRACT

Djerbi Mohamed Shemceddine B. Ali. Integrated system automation of technological processes in manufacturing powered support. - The Manuscript.

Thesis for a candidate of PhD degree by specialty 05. 13. 07 “Automation of technological processes” - Donetsk national technical university, Donetsk, 2001.

The thesis is devoted to the new solution of an actual scientific task, creating an integrated system automation of technological processes in manufacturing powered support given on the basis of studying multilevel system of discrete and continuous manufacturing, which parameters change in time and space using casual and imitating modeling for an intensification and increase of production efficiency powered support.

The importance of work consists in development: algorithms, programs, analysis of parameters in technological processes for manufacturing powered support, permissive to define the internal production reserve; algorithm of technological processes in manufacturing powered support and imitating model of a technological route allowing to determine inaccessible parameters to research in natural conditions of technological process; the requirements and scientific substantiation the structure of Integrated system automation of technological processes in manufacturing powered support as discrete - continuous process production using theory of casual processes for intensifications and increase of a production efficiency in which developed mathematical models, the algorithms are used as managing algorithms; method and algorithm defining the frequency of the control and regulation parameters of automation and management of technological processes of manufacturing powered support.

Key words: powered support, technological process, dynamics of release, integrated system automation, mathematical models, automatic control and imitating model.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність і ступінь дослідження тематики дисертації. Випуск у задані терміни необхідної кількості очисних комплексів для механізації видобутку вугілля визначається можливістю виготовлення механізованих кріплень і потребує інтенсифікації їх виробництва на основі автоматизації дискретно-безперевних технологічних процесів. Автоматизація технологічних процесів виготовлення кріплень являє собою складну науково-технічну проблему, у рішенні якої беруть участь колективи науково-дослідних, конструкторських, технологічних інститутів і проектних організацій, вищих навчальних закладів, заводів вугільного машинобудування, у тому числі шахтної автоматики.

Комплексна автоматизація дозволяє підвищити ефективність виробничогосподарської діяльності об'єктів що управляються, за рахунок мобілізації їх внутрішніх резервів. Розробка і впровадження систем автоматизації з використанням математичних методів і моделей для автоматизації процесів опрацювання технологічної інформації на основі новітніх технічних засобів і інформаційних технологій супроводжується зміною рівня організації і технології управління у результаті рішення управлінських задач, що підвищують синхронізацію технологічних процесів і знижують час циклу виготовлення лавокомплекту вуглевидобувного комплексу.

Поява нових обчислювальних машин і програмного забезпечення висувають актуальні дослідницькі задачі, пов'язані з алгоритмізацією управління технологічними процесами, обгрунтуванням структури локальних обчислювальних систем (ЛОС) у складі інтегрованої системи управління підприємством, розвитком методів і засобів моделювання технологічних процесів, забезпеченням випуску необхідної кількості механізованих кріплень у задані терміни на основі систем автоматизації управління виробництвом.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати даної дисертаційної роботи використані кафедрою “Автоматизовані системи управління” Донецького національного технічного університету при виконанні держбюджетної теми Н-3-97 “Обгрунтування і створення комп'ютерних систем опрацювання інформації, управління і діагностики для наукової і навчальної роботи”.

Метою роботи є інтенсифікація і підвищення ефективності виробництва кріплень за рахунок створення комплексної системи автоматизації управління технологічними процесами виготовлення механізованих кріплень на основі дослідження багаторівневої дискретно-безперевної системи, параметри якої змінюються в просторі і часі, з використанням теорії випадкових процесів і імітаційного моделювання.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі основні задачі:

Проведення аналізу, узагальнення і вивчення дискретно-безперевних технологічних процесів виготовлення механізованих кріплень як багатомірної динамічної системи, параметри якої змінюються за часом й у просторі.

Розробка імовірних математичних моделей, алгоритмів і програм операцій технологічного процесу і виготовлення секцій кріплення для забезпечення інтенсифікації виробництва і зменшення часу циклу виготовлення лаво-комплекту кріплення комплексу.

Створення імітаційної моделі функціонування технологічного маршруту для визначення характеру зміни впливів, що обурюють, і керуючих параметрів технологічного процесу при розробці системи автоматизації.

Обгрунтування принципів, методів і критеріїв і визначення функцій локальних та центральних підсистем керування ділянками термообробки.

Розробка структури комплексної системи автоматизації, алгоритмів і пакету прикладних програм, використованих у системі управління технологічними процесами.

Проведення обчислювального експерименту, дослідження ефективності використованих методів, отримання залежностей параметрів і режимів роботи технологічних компонентів і системи автоматизації технологічних процесів виготовлення механізованих кріплень від управляючих і збурювальних впливів, що впливають на рівень синхронізації технологічних операцій.

Об'єктом дослідження є дискретно-безперевний технологічний процес виготовлення механізованого кріплення, в якому одночасно виконуються конвеєрні, рівнобіжні, циклічні процеси, взаємопогоджені за часом і у просторі.

Предметом дослідження є багатозв'язні динамічні підсистеми: автоматизації управління технологічними маршрутами, автоматизації управління термічного цеху та комплексна система автоматизації управління технологічним процесом виготовлення механізованого кріплення.

Методи дослідження.

У роботі використана теорія автоматів, теорія імовірності і математичної статистики, методи імітаційного моделювання, теорія автоматичного й автоматизованого управління і методи обчислювального експерименту.

Наукова новизна отриманих результатів.

Розроблено на основі ймовірносно-автоматного методу моделювання, математичні моделі операцій технологічного процесу та виготовлення секції кріплення, що відрізняються тим, що враховується модульний принцип, випадковий характер протікання технологічного процесу і зв'язок між технологічними операціями за часом і у просторі.

На відмінну від відомих створена імітаційна модель функціонування технологічного маршруту, що дозволяє визначати характер зміни впливів, що обурюють, і управляючих параметрів при автоматизації технологічного процесу, недоступних для виміру при натурному експериментальному дослідженні, і виявляти внутрішні резерви виробництва.

Для підвищення рівня синхронізації на основі ситуаційного управління, з урахуванням заданої точності регулювання температури, розроблено модель управління термічним цехом, що відрізняється від відомих гнучкістю при виборі термічних печей і координацією роботи із суміжними цехами .

Розроблено метод визначення частоти контролю і регулювання параметрів системи автоматизації управління технологічними маршрутами, що відрізняється тим, що враховується випадковий характер зміни параметрів технологічного процесу.

Вперше встановлено критерії синхронізації і тривалості циклу виготовлення лаво-комплекта кріплення, що використовуються для оцінки ефективності комплексної системи автоматизації і рівня інтенсифікації виробництва кріплень.

Таким чином, наукове значення роботи полягає в розвитку принципів і засобів модульного моделювання багатомірних динамічних дискретно-безперевних систем з отриманням оперативних керуючих алгоритмів і ідентифікацією зв'язків в автоматичному й автоматизованому режимах з урахуванням впливу реальних виробничо-технологічних умов, а також у розвитку принципів і підходів до процесу побудови складних систем автоматизації управління технологічними процесами виготовлення механізованих кріплень вуглевидобувних комплексів.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблено алгоритми і програми технологічних операцій виготовлення секції кріплення й імітаційна модель технологічного маршруту, що використовуються в розрахунках і коригуванні змінно-добових завдань цехам, виробничим ділянкам і як керуючі алгоритми і програми в системі автоматизації управління виготовленням кріплень.

Запропоновано алгоритми і програми термообробки для автоматичного регулювання температури в печах і як керуючі алгоритми в системі автоматизації управління термічним цехом.

Обгрунтовано два нових критерії - рівень синхронізації технологічних процесів і тривалість циклу виготовлення лаво-комплекта кріплення для оцінки рівня інтенсифікації й ефективності виробництва кріплень.

Запропоновано методику визначення частоти контролю і регулювання параметрів протягом зміни системи автоматизації управління технологічними маршрутами виготовлення механізованих кріплень.

Розроблено комплексну систему автоматизації управління технологічними процесами виготовлення механізованих кріплень для дискретно-безперервного виробництва, із використанням теорії випадкових процесів.

Розроблені в дисертаційній роботі методика, моделі, програми і результати теоретичних і експериментальних досліджень використані ВАТ “Дружківський машинобудівний завод” при створенні корпоративної інтегрованої інформаційнокеруючої системи заводу; виробничим об'єднанням “Укрвуглемаш”, науково-дослідним інститутом “Автоматгірмаш” при створенні комплексних систем автоматизації виробництва; кафедрою “Автоматизовані системи управління” Донецького національного технічного університету в навчальному процесі і науково-дослідній роботі.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто розроблені математичні моделі і програми компонентів технологічного процесу виготовлення механізованого кріплення, методика, алгоритм і програма визначення частоти контролю параметрів технологічних маршрутів, підсистема автоматизації керування процесом термообробки, структура дворівневої комплексної системи автоматизації керування технологічним процесом виготовлення механізованого кріплення.

Апробація результатів дисертації.

Результати дисертаційної роботи доповідались і отримали схвалення на таких наукових нарадах, семінарах і міжнародних конференціях: на 1-ій міжнародній конференції “Современные технологии ресурсо-энергосбережения” (Київ, 1997р.); на 1-ій міжнародній конференції “Современная контрольно-испытательная техника промышленных изделий и их сертификация” (м. Мукачево, Київ 1997р.); на міжнародній конференції “Современные информационные и энергосберегающие технологии жизнеобеспечения человека” (м. Харків, 1999р.); на міжнародній конференції “Современные информационные и энергосберегающие технологии жизнеобеспечения человека” (м. Вінниця, 2000р.); на конференції “Научные работы Донецкого государственного технического университета” (м. Донецьк, 1999-2000рр); на семінарах кафедри “Автоматизовані системи управління” (м. Донецьк, 1996-2000рр) і міжкафедральному розширеному семінарі Донецького державного технічного університету (м. Донецьк, 2000).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 10 друкарських роботах, у тому числі в 8 наукових виданнях і в 2 доповідях на міжнародних науковотехнічних конференціях.

Структура та обсяг роботи.

Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновку і додатків, викладених на 220 сторінках машинописного тексту, містить 54 рисунків, 3 таблиці, список використаної літератури з 122 найменувань і 13 додатків на 36 сторінках.

2. ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми, зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, ціль і задачі досліджень, методи досліджень, наукова новизна отриманих результатів, особистий внесок здобувача, апробація результатів дисертації, кількість публікацій.

В першому розділі відзначається, що в розвиток наукового напрямку розробки й удосконалювання комплексних систем автоматизації внесли значний внесок наукові і навчальні організації: Інститут кібернетики НАН України, НТУ-КПІ, Гіпровуглеавтоматизація, Автоматгірмаш, ІГД ім. Скочинського, Інсистемшахт, ПКТІ, НПІ, МГІ, ДонНТУ, НГА, а також інші науково-дослідні, навчальні, проектно-конструкторські інститути, заводи вугільного машинобудування і шахтної автоматики. Цінний внесок у створення і дослідження систем автоматизації на підприємствах і заводах вугільної промисловості внесли вчені і спеціалісти: Борисов О.А., Груба В.І., Демченко М.П., Красік Я.Л., Клубін В.П., Лаздинь С.В., Лапко В.В., Махмудов А.Г., Напрасніков В.Н., Попов В.А., Сагайда І.М., Святний В.А., Сілаєв В.І., Слєпцов А.І., Сноведський В.М., Спорихін В.Я., Ульшин В.О., Фельдман Л.П. і інші. Водночас, у проведених дослідженнях недостатньо розроблені методи створення комплексної системи автоматизації керування технологічними процесами дискретно-безперервного виробництва, параметри якого змінюються випадково в часу і просторі.

Як об'єкт досліджень (рис.1) обрано технологічний процес виготовлення секції кріплення, що являє собою складну багатозв'язану систему і включає: опрацювання деталей (потокові лінії), виготовлення складальних одиниць (технологічні маршрути), складання секції кріплення (складальний конвеєр) і термообробку. Вивчення технології виготовлення кріплень показало, що в основному опрацювання кожної деталі (виготовлення складальної одиниці) провадиться по самостійному, незалежному технологічному маршруті. Ця властивість матеріальних потоків дозволяє розглядати єдиний технологічний процес виготовлення кріплення як сукупність окремих технологічних процесів, тобто сукупність некоррельованих технологічних маршрутів, що варто враховувати при створенні комплексної системи автоматизації управління виготовленням кріплень. Основною метою побудови системи управління є підвищення рівня синхронізації робіт у технологічних маршрутах, забезпечення ритмічної роботи головного складального конвеєра і зниження тривалості циклу виготовлення лаво-комплекта кріплення. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються задачі досліджень, наведені у вступі.

В другому розділі проаналізована структура дискретно-безперервного технологічного процесу виготовлення кріплень, як об'єкта автоматизації, що складається з керування технологічними маршрутами (дискретний процес) і термообробки (безперервний процес). Встановлено, що в дискретному виробництві типовими елементами технологічного процесу є операції: опрацювання заготівок (деталей), контроль якості виготовлення, транспортування, складання і автоматизація управління. Для математичного опису функціонування цих елементів технологічного процесу використовується модульний принцип і ймовірносно-автоматний метод моделювання, теоретичні основи якого розроблені в інституті кібернетики НАН України. Створено ймовірні математичні моделі елементів технологічного процесу виготовлення кріплень, що є основою для розробки керуючих алгоритмів і програм у комплексній системі автоматизації управління виготовленням кріплень. Як приклад призведемо результати розробки математичної моделі процесу автоматизації керування при виготовленні кріплень (рис.2). Процес управління виробництвом кріплень моделюється системою ймовірносних автоматів, зображених на рис.3 у вигляді графа взаємних зв'язків. Автомат W визначає момент чергового опитування стану об'єкту управління. Стан W(t) є проміжок часу, що залишився до моменту чергового опитування і для кожного наступного моменту часу t+t визначаються виразом:

W(t+t) = (1-[W(t), t])(W(t)-t)+ [W(t), t]W, (1)

[a, b] = (2)

а, b - значення вхідних параметрів одиничної функції; W - період збору даних про стан об'єкту управління (частота контролю і регулювання параметрів технологічного маршруту).

Початковий стан автомата W(0)=W.

Вихідне значення YW(t)=1 видається автоматом W, коли чергове опитування стану виробництва кріплень відбудеться протягом наступного такту часу, тобто 0 W(t) t:

YW(t) = [W(t), t](1-[W(t),0]) (3)

Автомат Q моделює витрати часу на збір, передачу і підготування інформації для опрацювання. Стан автомату Q(t) є проміжок часу, що залишився до моменту закінчення збору і передачі даних. Автомат Q включається в роботу вихідним сигналом автомату W. Стан автомату в кожний наступний момент часу t+t визначається виразом:

Q(t+t) ={1-[Q(t),t][Q(t)-t]}+YW(t)[Q(t),t]Q, (4)

де Q - тривалість періоду збору і передачі даних про процес виготовлення кріплення, що може бути як детермінірованною, так і випадковою. Початковий стан автомату Q(0)=0. Вихідне значення YQ(t) = 1 видається автоматом, коли закінчення збору даних відбудеться протягом наступного такту часу, тобто 0<Q(t) t:

YQ(t) = [Q(t), t](1 - [Q(t), 0]) (5)

Автомат E запам'ятовує фактичне значення контрольованого параметра в технологічному маршруті виготовлення кріплень, наприклад, фактичний розмір виготовлення деталей, складальних одиниць, секцій кріплення, і зберігає протягом періоду збору даних. Стан автомату E(t+t) визначається для кожного наступного моменту t+t рівнянням:

E(t + t) = [1-YQ(t)]E(t)+YW(t)Yr(t), (6)

де Yr(t) - фактичне значення контрольованого параметра в момент часу t. Початковий стан автомату E(0)=0. Вихідним значенням автомату E є його стан YE(t)=E(t).

Автомат М моделює процес контролю і аналізу стану виробництва кріплень, що полягає в порівнянні фактичного ходу виробництва з заданим. Автомат М починає працювати при надходженні вихідного сигналу автомату Q(t)=1. Стан даного автомату в момент часу t+t визначається з виразу:

M(t+t) = YQ(t){[YE(t),Xd(t)](1-V(t))+V(t)(1-[YE(t),Xd(t)])}, (7)

де Xd(t) - задане значення контрольованого параметра в момент часу t; V(t)- величина, що управляє напрямком проведення аналізу, при V(t)=0 виявляються відхилення параметрів типу YE(t)Xd(t), а при V(t)=1 відхилення типу YE(t)Xd(t). Початковий стан YM(t)=M(t).

Автомат N моделює витрати часу на прийняття рішення по виявленому відхиленню ходу виробництва кріплень від заданого значення і видачу керуючого впливу на визначений технологічний маршрут. Автомат N включається в роботу вихідним значенням YM(t), тобто при виявленні відхилення автоматом M. Стан автомату N(t) є проміжок часу, що залишився до моменту видачі керуючого впливу, і для кожного моменту часу t+t визначаються рівнянням:

N(t+t)=(1-[N(t),t])(N(t)-t)+YM(t)[N(t),t]N, (8)

де N - проміжок часу, необхідний для прийняття рішення і видачі керуючого впливу. Початковий стан автомата N(0)=0. Вихідне значення автомату YN(t)=1 видається, якщо керуючий вплив буде передано у наступному такті, тобто 0N(t)t:

YN(t) = [N(t),t](1-[N(t),0]) (9)

Аналогічно розроблено математичні моделі, алгоритми і програми для основних технологічних операцій виготовлення секцій кріплення. Результати моделювання наведено в роботі. Отримані алгоритми і програми використовуються для розробки і коригування змінних завдань робочим місцям, а також для створення керуючих алгоритмів і програм підсистеми автоматизації управління дискретним технологічним процесом виготовлення кріплень.

Таким чином, у роботі уперше використовується для математичного опису технологічних процесів виготовлення секції кріплення (дискретне виробництво) модульний принцип: математична модель операції, математична модель складальної одиниці, математична модель секції кріплення, що адекватно відповідає типовій структурі технологічного процесу будь-якого виробу - виготовлення деталі, виготовлення складальної одиниці, виготовлення виробу (рис.1).

В третьому розділі приведено аналіз результатів експериментальних досліджень технологічних процесів із метою визначення технічних вимог до створюваної комплексної системи автоматизації управління, виявлення характеру і діапазону зміни керуючих параметрів і впливів, що обурюють. Розбіжність результатів теоретичних і експериментальних даних не перевищує 10%.

Показано, що одним з основних параметрів системи автоматизації є такт складального конвеєра:

 = , (10)

де - розрахунковий такт складального конвеєра; ТКФ - календарний фонд часу роботи в зміну; ТПЕР - регламентована перерва для відпочинку; mСМ - кількість робочих змін на добу; tТ.П. - відсоток технологічних утрат; nр- кількість робочих днів за рік; NГод - програма випуску секцій кріплення за рік, шт.

Для досліджень і автоматизації управління технологічними процесами обгрунтована тривалість такту (тривалість операції на складанні) головного складального конвеєра, що залежить від типорозміру секції кріплення. Такт складання секції кріплення визначає час протікання різноманітних технологічних операцій у технологічному маршруті, тому тривалість кожної операції повинна бути рівною такту конвеєра або кратною його розміру. Ця відповідність оцінюється рівнем синхронізації процесів у технологічних маршрутах, як основного об'єкту автоматизації управління дискретними процесами, тому що технологічні маршрути незалежні один від одного (некоррельовані). Рівень синхронізації визначає час циклу виготовлення лаво-комплекта кріплення комплексу (виконання визначеного замовлення), тому рівень синхронізації і тривалість циклу виготовлення лаво-комплекту кріплення в комплексі прийняті в роботі як основні критерії оцінки ефективності впровадження комплексної системи автоматизації управління технологічними процесами виготовлення механізованих кріплень.

У процесі досліджень встановлено, що рівень синхронізації технологічних операцій на потокових лініях коливається від 0,41 до 1. Аналіз ритмічності технологічних операцій і синхронізації по основних технологічних маршрутах показує, що 67% механообробчих і 38% заготівельних операцій мають рівень синхронізації менше одиниці. Низький рівень синхронізації мають термічні операції (0,3). Рівні аритмії і синхронізації впливають на якість (брак) елементів секції кріплення і завантаження устаткування. Час простоїв устаткування в блоці цехів складає в середньому 30%. Це свідчить про значні не використані внутрішні резерви виробництва кріплень, що варто використовувати при створеної комплексної системи автоматизації керування.

Для визначення параметрів і вихідних даних системи автоматизації керування технологічними процесами, недоступних для дослідження в натурних умовах, розроблені модель і алгоритм технології виготовлення секції кріплення і імітаційна модель роботи технологічного маршруту. За допомогою алгоритму і моделі встановлено, що для забезпечення однакової продуктивності технологічних операцій на потоковій лінії рівень синхронізації останньої операції повинний бути на 10-12% більше першої, а для технологічного маршруту розходження рівнів синхронізації першої й останньої технологічної ділянки досягає 40-50%. Показано, що підвищення рівня синхронізації з 0,55 до 0,67 призводить до зниження циклу виготовлення комплекту кріплення на 3,8 години. Аналізом встановлено, що при зменшенні тривалості операцій у технологічному маршруті виготовлення циліндрів із 0,12 до 0,08 години можливість простоїв устаткування при нульовому страховому запасі зменшується з 0,5 до 0,25, тобто в 2 рази, а при наявності страхового запасу в 40 штук із 0,3 до 0,07, тобто в 4 рази. Дослідження на моделі показали, що при зниженні самої тривалої операції за часом, що дорівнює такту складання, можливість простоїв скорочується в 2 рази. У процесі досліджень встановлено, що на потокових лініях і ділянках технологічного маршруту при серійному виробництві секцій кріплення щільність можливості розподілу обсягу випуску елементів секції підпорядковується нормальному закону, а можливість простою устаткування - показовому закону. Ці обставини враховуються в математичних моделях (керуючих алгоритмах) при створенні комплексної системи автоматизації керування технологічними процесами.

Таким чином, в результаті досліджень виявлено “вузькі місця” і невикористані внутрішні резерви виготовлення кріплень, а розроблені математичні моделі й алгоритми використовуються як керуючі алгоритми в системі управління, результати теоретичних і експериментальних досліджень є вихідними даними для створювання комплексної системи автоматизації керування технологічними процесами виготовлення механізованих кріплень.

У четвертому розділі приведено аналіз результатів автоматизації термообробки компонентів секції кріплення. Як показано вище, низький рівень синхронізації мають термічні операції. Це обумовлюється частими простоями термопечей, затримкою опрацювання деталей, малою гнучкістю при виборі печі. Важливим чинником є також технологічний брак. Браковані деталі відправляються на повторну термообробку, що призводить до значних додаткових витрат часу і енергії. Тому для підвищення рівня синхронізації роботи термічного цеху необхідна автоматизація його роботи на сучасному рівні.

Проведено аналіз і встановлено особливості процесу автоматичного регулювання температурного режиму в електричних печах. Встановлено, що функціональна схема автоматизації керування процесами термообробки компонентів секції кріплення має дві відповідні функціональні підсистеми регулювання (рис.4) - центральну і локальну. Обгрунтовано принципи, методи, критерії побудови і визначено функції кожної підсистеми:

централізованого оперативного керування цехом термообробки (розподіл потоку деталей по ділянках термообробки (УТ1n) і видача на них уставок на нормативний режим термообробки), а також координація його роботи із суміжними цехами (урахування поточних заділів деталей на складальних ділянках-споживачах, із котрих також посилаються запити на ділянки, що поставляють заготівки в цех термообробки);

локального оперативного керування ділянками термообробки ( режиму роботи нагрівальної печі відповідно до уставок, вантажно-розвантажувальні операції).

При побудові АПСК ТК використовувалися такі критерії:

своєчасне надходження деталей на наступну операцію: tПС(ND)<tОЗ(ND), де tПС(ND)=(NP)+V+ДС(ND) - момент надходження партії ND-й деталей на черговій операції; tОЗ(ND) - момент, коли заділ ND-х деталей на операції вичерпаний. Якщо варіант, що задовольняє даному обмеженню, не знайдено (у випадку порушення синхронізації роботи цехів), і нема запасу термооброблюваних деталей для сгладжування подібних обурень, то вибирається варіант, що забезпечує мінімальний простій на наступній операції:

ТПР(NP)=tТС(ND)-tПС(ND) min;

мінімальна витрата електроенергії на термічне опрацювання:

[ЕУР(NP,ND)+ЕТО(NP,ND)]min,

де ЕУР(NP,ND) - витрачена електроенергія на керування фактичної та заданої для ND-й деталі температур NP-й печі; ЕТО(NP,ND) - витрата електроенергії на термообробку ND-й деталі в NP-й печі.

Гнучкий вибір NP-й печі для партії деталей типу ND в АПСУ ТК здійснюється з підмножини печей , що підходять по спеціалізації для даного виду термообробки: NP , з огляду на описані вище критерії.

Дослідження показали, що для умов Дружківського машинобудівного заводу для регулювання температурного режиму печі доцільно використовувати дискретний метод - двопозиційний, коли точність регулювання температури складає 5-10oС, що задовольняє умовам термообробки на Дружковському машзаводі.

Обгрунтовано ієрархічний принцип побудови системи (рис.4), розроблена імітаційна модель та алгоритм функціонування підсистеми автоматизації керування ділянками термообробки, використовуючи котрі і встановлені критерії збільшені гнучкість і ефективність використання термопечей, рівень синхронізації термооперацій і знижена енергоємність термообробки.

Впровадження підсистеми автоматичного регулювання процесів термообробки й оперативного керування ділянками термообробки дозволяє збільшити продуктивність цеху на 49%, рівень синхронізації на 54,6%, знизити час чекання деталей для опрацювання на 43% і витрати електроенергії на 8,4% (рис.5).

В п'ятому розділі на основі отриманих теоретичних і експериментальних результатів дослідження об'єкта керування розроблено технічні вимоги до створюваної комплексної системи автоматизації. Відповідно до вимог розроблено принципова схема комплексної системи автоматизації виготовлення кріплень (рис.6), що включає два рівня керування. На першому рівні розташовані технічні засоби автоматизації дискретних і безперевних технологічних процесів виготовлення кріплень. Для керування дискретними процесами розроблена локальна обчислювальна мережа (ЛОМ) автоматизації керування технологічними маршрутами (права частина рис.6). Файл-сервер ЛОМ через міст каналом зв'язку сполучений із файлом-сервером планово-диспетчерського відділу (ПДВ), що за допомогою АРМів видає і коректує завдання цехам із дискретним виробництвом.

Замовлення на виготовлення лаво-комплекту кріплення інженерними службами заводу (верхній рівень керування) за допомогою АРМів опрацьовується відповідним чином і передається по каналах зв'язку в ПДВ, що з урахуванням приведених у роботі алгоритмів і програм (використовуючи й інші програми) розробляє змінно-добові завдання цехам, виробничим ділянкам, потоковим лініям, технологічним маршрутам. На наступну добу змінно-добові завдання з файл серверу ПДВ по каналах зв'язку за допомогою мостів і модемів передаються у файл сервер ЛОМ автоматизації керування технологічними маршрутами (права частина нижнього рівня керування) і файл сервер САК режимами термічних печей (ліва частина нижнього рівня управління). Далі інформація про змінно-добові завдання по каналах зв'язку передається в АРМи планово-розподілчних бюро (ПРБ) цехів, де розробляються змінні завдання на кожне робоче місце. Ці завдання начальником цеху, старшими майстрами, майстрами доводяться на початку зміни виконавцям.

У роботі на основі статистичних даних зміни параметрів технологічного процесу розроблені методика і алгоритм визначення частоти контролю і регулювання параметрів систем автоматизації керування технологічними маршрутами. Використовуючи розроблену методику встановлено, що для потокових ліній і ділянок технологічних маршрутів частота контролю і регулювання технологічних параметрів складає 3 рази в зміну. З урахуванням рекомендацій майстра, старші майстри контролюють фактичне виконання виданих завдань у 10 ч., 13 ч., 15ч. 30 хв. і передають цю інформацію в АРМ и ПРБ цехів, де при необхідності виробляються керуючі впливи на зміну швидкості протікання технологічного процесу в точках контролю відповідно розробленому в роботі алгоритму. Наприкінці зміни за допомогою АРМів у ПРБ цехів проводиться аналіз результатів роботи за зміну і вводяться зміни в завдання на наступну зміну. Інформація про результати виконання завдань за зміну кожним цехом передається по каналх зв'язку у файл сервер ПДВ, де провадиться аналіз ходу виконання завдань по технологічним маршрутам виготовлення елементів секцій кріплення і по головному складальному конвеєру. При необхідності змінюються змінно-добові завдання на наступну добу і ця інформація передається в ПРБ цехів. Далі цикл керування технологічними процесами виготовлення кріплення повторюється.

Використання результатів дослідження дозволяє при впровадженні підсистеми автоматизації управління технологічними маршрутами знизити динамічність процесу на 25,7%, підвищити можливість виконання завдань на 25,3%, збільшити рівень синхронізації операцій у технологічних маршрутах на 27%, знизити цикл виготовлення лаво-комплекту кріплення комплексу на 19% і простої устаткування на 16,4%.

Управління безуперервними технологічними процесами (наприклад, термічна піч) здійснюється системою автоматичного керування (САК) режимами термічної печі (ліва частина рис.6). САК будується на базі ПЕОМ і апаратних засобів управління режимами термопечі. Керуюча інформація в САК з ПДВ передається по каналх зв'язку за допомогою файла-серверу ПДВ через міст на файл-сервер управління термічної печі. Верхній рівень керування (організаційне керування) включає технічні засоби, що складаються з АРМів на базі ПЕОМ, встановлених у відділах і службах заводу. Запропонована схема комплексної системи автоматизації виготовлення кріплень реалізується в корпоративній системі автоматизації виробництва на Дружківському заводі вугільного машинобудування.

Результати дисертаційної роботи прийняті до практичного використання ВАТ “Дружківський машинобудівний завод” (м. Дружківка Донецької області), виробничим об'єднанням “Укрвуглемаш”, науково-дослідним інститутом “Автоматгірмаш” (м. Донецьк), кафедрою “Автоматизовані системи управління” Донецького національного технічного університету в навчальному процесі і науково-дослідній роботі.

У висновку сформульовані наукові результати, практична значимість і область використання виконаної дисертаційної роботи.

У додатках надевено документи про використання результатів дисертаційної роботи, лістінги програм, результати моделювання і таблиці вихідних матеріалів для моделювання.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі для інтенсифікації і підвищення ефективності виробництва кріплень з використанням модульного принципу, теорії випадкових процесів і імітаційного моделювання дане нове рішення актуальної задачі створення комплексної системи автоматизації управління технологічних процесів виготовлення механізованих кріплень на основі вивчення багаторівневої системи дискретного і безперервного виробництва, параметри якої змінюються за часом і в просторі. З роботи можна зробити такі основні висновки:

Встановлено, що в математичних моделях складного багатозв'язного дискретно-безперервного процесу виготовлення кріплень необхідно враховувати випадковий характер протікання технологічного процесу, зв'язок між технологічними операціями в часі і просторі. Технологічні маршрути виготовлення компонентів секції кріплення некоррельовані між собою, що визначає методи розробки математичних моделей і структуру побудови комплексної системи автоматизації управління технологічними процесами.

Розроблено ймовірностні математичні моделі, алгоритми і програми операцій технологічного процесу і виготовлення секції кріплення, що використовуються як керуючі алгоритми при автоматизації системи керування.

Проведено експериментальні дослідження і запропонована імітаційна модель функціонування технологічного маршруту, що дозволяє визначити характер зміни впливів, що обурюють, і параметрів технологічного процесу, недоступних для дослідження в натурних умовах. Для оцінки ефективності виробництва кріплень і інтенсифікації технологічних процесів обгрунтовано основні критерії: рівень синхронізації технологічних процесів і час циклу виготовлення лаво-комплекту кріплення. Встановлено, що рівень синхронізації в потокових лініях механообробки коливається від 0,4 до 1, а термічні операції мають рівень синхронізації 0,3, що значно знижує тривалість циклу виготовлення лаво-комплекта кріплення.

Обгрунтовано принципи, методи, критерії і визначено функції локальних підсистем автоматичного регулювання температури печі й оперативного управління ділянками термообробки. Розроблено алгоритми функціонування системи автоматизації керування процесами термообробки, використовуючи котрі і встановлено критерії знижені простої устаткування, підвищено рівень синхронізації і скорочено витрати електроенергії на термообробку.

На основі розроблених вимог і принципів запропонована структура двох рівневої комплексної системи автоматизації керування технологічними процесами виготовлення кріплень. Нижній рівень системи керування має підсистему автоматизації керування технологічними маршрутами - дискретне виробництво і підсистему автоматичного регулювання термообробки - безперервне виробництво. Запропонована комплексна система автоматизації є складовою частиною корпоративної системи керування заводом вугільного машинобудування.

Розроблено методику й алгоритм частоти контролю і регулювання параметрів при автоматизації керування технологічними маршрутами. Встановлено, що для потокової лінії мінімальна частота контролю і регулювання технологічних параметрів складає 3 рази за зміну.

Використання підсистеми автоматизації керування технологічними маршрутами дозволяє знизити динаміку процесу на 25,7%, підвищити можливість виконання завдань на 25,3%, збільшити рівень синхронізації операцій у технологічних маршрутах на 27%, знизити час циклу виготовлення лаво-комплекта кріплення комплексу на 19% і простої устаткування на 16,4%, а підсистеми автоматичного регулювання процесу термообробки збільшити продуктивність цеху на 49%, рівень синхронізації на 54,6%, знизити час чекання деталей для опрацювання на 43% і витрати електроенергії на 8,4%.

Результати дисертаційної роботи прийняті до практичного використання ВАТ “Дружківський машинобудівний завод” (м. Дружківка Донецької області), виробничим об'єднанням “Укрвуглемаш”, науково-дослідним інститутом “Автоматгірмаш” (м. Донецьк), у навчальному процесі і науково-дослідній роботі кафедри “Автоматизовані системи управління ” Донецького національного технічного університету.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Джерби М.Ш. Имитационный алгоритм работы поточной линии // Научные труды Донецкого государственного технического университета. Серия вычислительная техника и автоматика. Вып. 3. Донецк. - 1999. - С. 273-278.

2. Джерби М.Ш. Математическое описание процесса сборки изделий // Научные труды Донецкого государственного технического университета. Серия вычислительная техника и автоматика. Вып. 3. Донецк. - 1999. - С. 260-266.

3. Джерби М.Ш. Технологический процесс изготовления секций крепи как объект автоматизации // Научные труды Донецкого государственного технического университета.Серия вычислительная техника и автоматика. Вып. 3. Донецк. - 1999. - С. 267-272.

4. Спорыхин В.Я., Джерби М.Ш. Комплексная система автоматизация технологических процессов изготовления крепей // СИЭТ6-99. Сучаснi iнфомацiйнi та енергозберiгаючi технологiї життєзабезпечення людини. Збiрник наукових праць. Вип. № 6. Київ. - 1999. - С. 393-396.

5. Спорыхин В.Я., Джерби М.Ш. Принципы и структура комплексной системы автоматизации управления технологическими процессами изготовления крепей // Научные труды Донецкого государственного технического университета. Серия вычислительная техника и автоматика. Вып. 12. Донецк. - 1999. - С. 129-135.

6. Джерби М.Ш. Автоматизация технологических процессов термической обработки компонентов секции крепи // Зб. наук. праць Донецкого державного технічного університету. Вип. 21. Донецьк. - 2000. - С. 171-174.

7. Джерби М.Ш. Методика и алгоритм определения частоты контроля и регулирования параметров при автоматизации управления технологическими маршрутами. // Збірник наукових праць Донецкого державного технічного університету. Вип. 20. Донецьк. - 2000. - С. 39-46.

8. Д. М. Шамседдин. Обобщение результатов разработки комплексной системы автоматизации технологических процессов изготовления механизированных крепей // ВІСНИК. Східноукраїнського національного університету. Науковий журнал. № 9 (31) частина друга. Луганськ- 2000. - С.161-163.

9. Спорыхин В.Я., Джерби М.Ш., Брынза А.Ф. Анализ технологических процессов изготовления механизированных крепей. // СТРЭС-97. Труды 1-ой международной конференции “Современные технологии ресурсо-энергосбережения”. (Вып. №2 в четырех книгах). Партенид. 12-16 октября 1997г. Киев. -1997.-С.55-57.

10. Спорыхин В.Я., Джерби М.Ш. Компьютерная система управления качеством создаваемых машин. // СКИТ. Труды 1-ой научно - практической конференции “Современная контрольно-испытательная техника промышленных изделий и их сертификация”. Том1. г. Мукачево. 12-16 мая 1997г. Киев. - 1997. - С. 84-86.

Размещено на Allbest.ru