Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”

РУДЕНКО Леонід Володимирович

УДК 681.322

АЛГОРИТМІЧНІ ТА ІМІТАЦІЙНІ МОДЕЛІ АВТОМАТИЗОВАНОГО ВИРОБНИЦТВА В АВТОМОБІЛЕБУДУВАННІ

05.13.06 - Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Ілюшко Віктор Михайлович,

Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут",

завідувач кафедри конструювання та виробництва радіоапаратури.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Гриша Сергій Миколайович,

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут",

професор кафедри автоматизованих систем обробки інформації та управління.

кандидат технічних наук, доцент

Безкоровайний Володимир Валентинович,

Харківський національний університет

радіоелектроніки, доцент кафедри системотехніки.

Провідна установа

Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", кафедра автоматизованих систем управління, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться “_14_” грудня 2001р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.062.01 в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" за адресою:

61070, м. Харків, вул. Чкалова 17, радіотехнічний корпус, ауд. 232.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут".

Автореферат розісланий “__6_” _листопада__ 2001р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ______________ Чумаченко І.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Незважаючи на існуючі кризові процеси в економіці України однією з перспективних галузей, що може забезпечити розвиток виробництва і зайнятість населення, є автомобілебудування. Ріст купівельних запитів і розширення ринку автомобільної техніки вимагає нових рішень в керуванні автомобілебудівним виробництвом.

Традиційно сформоване уявлення в колишньому СРСР про автомобілебудування, як про великі виробничі комплекси вимагає в нових економічних умовах України перегляду і переходу до невеликих, але добре автоматизованих виробництв з випуску автомобілів чи окремих агрегатів з номенклатурою виробів, що постійно обновлюється. Тому актуальною є розробка математичних методів і моделей, що орієнтовані на аналіз нових схем управління автоматизованим виробництвом в автомобілебудуванні.

Існуючі аналітичні методи не повною мірою описують різні структурні рішення виробництва, не враховують складну динаміку складальних процесів, не дозволяють вірогідно розрахувати раціональні запаси матеріалів, комплектуючих, напівфабрикатів. Тому необхідна розробка нового класу методів і моделей, заснованих на системних уявленнях автомобілебудівного виробництва, просторово-часовому і імітаційному моделюванні та алгоритмізації технологічних процесів. Розробка оригінального комплексу методів і моделей аналізу автоматизованого автомобілебудівного виробництва в нових економічних умовах є актуальною науковою прикладною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Тематика дисертаційної роботи зв'язана з державною програмою розвитку машинобудування і, зокрема, автомобілебудування, реалізація якої здійснюється на основі рішень Верховної Ради і Кабінету Міністрів України. (Постанова Кабінету Міністрів України № 732 від 15.09.1993 “Про програму розвитку автомобілебудування”, Закон України № 535/97-ВР від 19.09.1997 “Стимулювання виробництва автомобілей в Україні”, распорядження Кабінету Міністрів України № 224-Р від 6.05.2000 “Про поглиблення економічного співробітництва України з Російською Федерацією в області автомобілебудування”).

У рамках програми були проведені НДР №№ Г 302-31/00, Г 302-39/97 між ХАІ та Міністерством освіти і науки України, НДР між ЗАТ “Краснодонський завод “Автоагрегат” та Українсько-російським спільним підприємством ВАТ “Харків УАЗ сервіс”, м. Харків (№ 1551, 2001р.), НДІАВ, м.Харків (№34 та №74, 1997-1999р.), ЗАТ “Автоклапан”, м. Луганськ (№790, 2000р.), ВАТ “Краснодонський завод “Юність”, м. Краснодон (№785, 2000р.), ЗАТ “Автоагрегат”, м. Луганськ (№123, 1999р.), ДКР з Харківським КБ з двигунобудування, м. Харків (№47, 1999р.) та інші.

У перерахованих НДДКР автор брав особисту участь при формуванні нових принципів автоматизації та управління виробництвом, розробці структур моделей, формуванні нових компонувальних рішень, формулюванні вимог до архітектури автоматизованих систем управління.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності автомобілебудівного виробництва в нових економічних умовах, поліпшення якості продукції, що випускається, шляхом використання оригінального комплексу методів алгоритмізації технологічних процесів і імітаційних моделей для аналізу і автоматизованого управління виробничим процесом.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- проаналізувати стан і нові форми організації і управління автомобілебудівним виробництвом;

- класифікувати і структурувати основні технологічні процеси автомобілебудування;

- формалізувати уявлення технологічних процесів для задач автоматизованого управління;

- створити структурні уявлення і механізм управління моделюванням виробничих процесів в автомобілебудуванні;

- розробити імітаційні моделі аналізу і розрахунку характеристик автомобілебудівних виробництв;

- сформувати основні вимоги до архітектури і підсистем автоматизованої системи управління виробництвом;

- впровадити результати дослідження в практику побудови автоматизованих систем управління автомобілебудівним підприємством.

Об'єктом дослідження є автомобілебудівне складальне виробництво в нових економічних умовах.

Предметом дослідження є методи, моделі і інформаційні технології аналізу і управління автомобілебудівним виробництвом.

Методи дослідження. Вибір методів дослідження обумовлений логікою і послідовністю дій системного характеру, спрямованих на аналіз сучасних тенденцій, зв'язаних з розвитком вітчизняного автомобілебудування. Для вихідного системного опису виробничих процесів використовується теоретико-множинне уявлення. Формалізоване логічне уявлення маршрутних технологічних процесів здійснюється алгоритмічними методами і моделями. Для побудови структурних уявлень виробничих процесів використані моделі структурованих знань. Для формування алгоритмів програмного моделювання використані ідеї і методи імітаційного моделювання дискретних систем. Для розробки програмного забезпечення методів аналізу і задач автоматизованого управління використані сучасні інформаційні об'єктно - орієнтовані технології.

Наукова новизна отриманих результатів. Уперше проаналізоване автомобілебудівне виробництво у вигляді невеликих підприємств із досить різноманітним асортиментом продукції, що випускається. Удосконалено методи опису і аналізу маршрутних технологічних процесів за допомогою алгоритмічних моделей.

Одержали подальший розвиток:

- структуризація моделей за допомогою знання - орієнтованих методів;

- методи імітаційного моделювання в частині, що стосується дослідження дискретних виробничих процесів;

- методи побудови автоматизованих систем управління в автомобілебудуванні.

Усі перераховані результати, з урахуванням досягнутого рівня новизни, є теоретичною основою розв'язуваної в дисертації науково-прикладної задачі.

Багаторічний досвід автора в області організації і управління автомобілебудівним виробництвом дозволив досить об'єктивно уявити як об'єкт дослідження, так і вибрати й обґрунтувати методи аналізу і моделювання виробничих систем. Тому в основу розроблених методів і моделей закладені ті уявлення про виробництво, що багаторазово перевірені на практиці в найрізноманітніших випадках і ситуаціях. Вірогідність підтверджується верифікацією результатів моделювання в різних умовах організації і управління виробництвом.

Розроблена система автоматизованого управління об'єктивно описує стан виробництва, що дозволяє здійснити прийняття достовірних рішень з управління.

Запропоновані методи і моделі дозволяють науково обґрунтовано досліджувати виробничі процеси, удосконалюють методи моделювання дискретних виробництв, у тому числі і складальних, і доповнюють наукові знання в області аналізу і автоматизованого управління в машинобудуванні.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблений комплекс методів і моделей являє собою науково-методичну основу для розробки автоматизованих методів аналізу і управління машинобудівними виробництвами.

Методики орієнтовані на кінцевого користувача і можуть використовуватися в задачах управління, автоматизації, модернізації і реконструкції виробництва.

Розроблені методики моделювання описані математично і алгоритмічно та оформлені у вигляді комп'ютерних програм аналізу і управління виробництвом.

Одним з основних прикладних результатів є розроблена автоматизована система управління виробництвом на ЗАТ "Автоагрегат", що за останні роки довела свою ефективність як у питаннях планування і управління, так і в задачах економічного і фінансового характеру.

Запропоновані методи, методики і автоматизовану систему управління можна використовувати як на окремих ділянках чи цехах, так і для управління підприємством.

Результати дисертаційної роботи впроваджені на підприємствах і в організаціях:

- Українсько-російське спільне підприємство відкрите акціонерне товариство “Харків УАЗ сервіс” (протокол № 27 від 27.04.2001р.);

- Казенне підприємство “Харківське конструкторське бюро з двигунобудування” (протокол № 3 від 10.05.2001р.);

-“Закрите акціонерне товариство “Автоклапан” м. Луганськ (протокол № 5 від 12.05.2001р.);

- Відкрите акціонерне товариство “Краснодонський завод “Юність” (протокол № 22 від 12.05.2001р.);

- Закрите акціонерне товариство “Краснодонський завод “Автоагрегат” (протокол № 18 від 18.05.2001р.)

у формі методик, комп'ютерних програм аналізу і управління виробництвом.

Науково-технічний ефект дисертаційної роботи полягає в підвищенні ефективності і оперативності аналізу виробництва в умовах постійної модернізації, зміни номенклатури продукції і планових показників.

Економічний ефект зв'язаний з підвищенням продуктивності праці і якості продукції, що випускається, поліпшенням конкурентноздатності підприємства.

Соціальний ефект зв'язаний з поліпшенням організації, управління і дисципліни виробництва.

Особистий внесок автора. Всі основні наукові положення, висновки і рекомендації дисертаційної роботи отримані особисто автором. До них відносяться:

- аналіз стану і перспектив розвитку автомобілебудівного виробництва в нових економічних умовах;

- системне уявлення основних виробничих процесів;

- структура і склад алгоритмічних моделей технологічних процесів;

- методики побудови імітаційних моделей виробництв;

- архітектура автоматизованої системи управління на ЗАТ "Автоагрегат".

У публікаціях, що написані в співавторстві, автору дисертації належать:

- в роботі [1] запропоновано системне уявлення комп'ютерно - інтегрованого виробництва, як складної системи;

- в роботі [2] розроблені принципи побудови імітаційних моделей на основі формалізованого уявлення динаміки функціонування автоматизованих виробничих комплексів;

- в роботі [3] розроблені методи перетворення структурних та подійних моделей проектуємих складних автоматизованих систем управління, які базуються на використанні математичного апарату регулярних схем алгоритмів;

- в роботі [4] пропонується фреймовий підхід до імітаційного моделювання складних виробничих систем;

- в роботі [5] запропонована класифікація множини аналогів на категорії близькості з використанням векторів рангових оцінок, що дає змогу скоротити терміни розробки складних виробничих систем;

- в роботі [6] розроблена схема матеріальних потоків складання, автомобілів для одиничного та дрібносерійного виробництва та запропоноване використання 2-х рівневої технології клієнт - сервер для створення автоматизованої системи управління;

- в роботі [7] запропонована багаторівнева логістична модель виробничої структури для імітаційного моделювання всіх бізнес - процесів, що мають місце в складних виробничих системах;

- в роботі [8] запропонована методика імітаційного моделювання складального виробництва.

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження доповідались і обговорювались на міжнародній конференції “Перспективи розвитку інформаційних мереж, зв'язку та телекомунікацій (ISTA'2001)” (Харків, 2001), міжнародних науково-технічних конференціях “Нові технології в машинобудуванні” (Харків, 1998 - 2001), на наукових семінарах кафедри Інформаційних систем Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 8 робіт в збірниках наукових праць.

Структура роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків і 2 додатків. Повний обсяг дисертації становить 159 сторінок, у тому числі: обсяг основного тексту - 113 сторінки; на 7 окремих сторінках розміщено 4 рисунка і 6 таблиць; список використаних літературних джерел із 76 найменувань - 6 сторінок; 2 додатка - 33 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність розглянутої в роботі проблеми, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі розглядаються особливості сучасних автоматизованих виробництв і провадиться аналіз методів моделювання виробничих систем.

Підвищення інтенсифікації виробництва в автомобілебудуванні зв'язано із широкою автоматизацією технологічних процесів, упровадженням комп'ютерних систем управління, що дозволяють швидко і ефективно перебудовувати виробництво на виготовлення нової продукції.

У зв'язку з цим актуальними є питання розробки методів і моделей, що дозволяють автоматизувати аналіз варіантів при проектуванні, модернізації і реконструкції автоматизованих виробництв (АВ).

У даному розділі розглядаються особливості АВ в автомобілебудуванні і виконується аналіз існуючих математичних методів моделювання виробничих процесів.

Ефективність використання устаткування автоматизованого комплексу визначається двома основними факторами: завантаженням устаткування і раціональним використанням його технологічних можливостей. При проектуванні АВ ці вимоги необхідно враховувати при підборі устаткування, визначенні його спеціалізації і розрахунку кількості верстатів.

Найбільш ефективним методом рішення цих задач є математичне моделювання динаміки функціонування виробничих процесів.

При побудові моделей АВ виділимо наступні основні етапи:

1) вибір математичних методів для формалізованого опису логіки і динаміки функціонування АВ, що відбиває багатономенклатурний і дрібносерійний характер виробництва, багатопозиційність і паралелізм в обробці партій деталей;

2) виділення вузлових моментів в динаміці функціонування АВ і побудова алгоритмічних схем, що відбивають логіку роботи АВ;

3) розробка внутрішньої організації імітаційної моделі АВ з використанням знанняорієнтованих методів (фреймів);

4) побудова об'єктно-орієнтованих модулів для складання програмного макета досліджуваного АВ;

5) моделювання АВ;

6) аналіз результатів моделювання.

У розділі зроблений висновок про те, що аналітичні моделі дозволяють одержати первісні укрупнені оцінки ефективності функціонування машинобудівного виробництва. Більш точні оцінки, що засновані на аналізі динаміки функціонування, можна одержати за допомогою імітаційних моделей з попередньою формалізацією логіки функціонування окремих складових виробничих процесів.

В другому розділі вирішуються питання формалізації і алгоритмізації виробничих процесів в автомобілебудуванні.

Для рішення цих задач пропонується науково обгрунтований підхід, заснований на принципах сучасного системного аналізу.

Особлива увага приділяється складальному виробництву, як кінцевому процесу у виробництві автомобілів, тому що в умовах складних організаційних взаємодій співвиконавців і постачальників, у тому числі і закордоном, дуже важливо так налагодити їхню роботу, щоб одержати максимальний ефект для всіх зацікавлених сторін.

Вироби машинобудування мають складну, ієрархічну структуру. При цьому деталескладальну одиницу (ДСО) будь-якого рівня з позицій теоретико-множинного уявлення можна формалізовано уявити як результат об'єднання: ДСО нижніх рівнів, деталей складових ДСО (зроблених технологічними цехами безпосередньо на даному підприємстві), покупних виробів і кріплення:

,

де - ДСО i-го рівня;

- j -а ДСО i+1 рівня;

- k -а деталь, виготовлена на підприємстві;

- m -а комплектуюча деталь, що виготовляється на інших підприємствах;

- n-й елемент кріплення.

Для організаційних задач управління важливо уявити модель системи кооперації, що бере участь у виробництві складного виробу, тому що співвиконавці і постачальники постійно взаємодіють один з одним на різних рівнях в процесі створення виробу. Так як процес їхньої взаємодії відбиває процес управління створенням складного виробу, то можна зробити висновок про те, що система кооперації має не менш складну ієрархічну структуру, коренем якої є головне підприємство, що є виробником (складальне виробництво) основної продукції:

,

де - система кооперації;

- головний виконавець;

- i -й співвиконавець.

Автомобіль, як складний виріб, випускається на головному (складальному) підприємстві, що має відповідну виробничу структуру, де кожен елемент (ділянка, цех) може мати відповідну спеціалізацію:

,

де - виробнича система;

- елемент виробничої системи (ділянка, цех).

З позицій теоретико-множинного уявлення необхідно закріпити технологічну операцію за конкретним робочим місцем (постом):

,

де - i - а технологічна операція;

- j - е робоче місце.

Робочі місця повинні працювати таким чином, щоб для кожної складальної операції, до моменту її виконання, повинний бути поставлений весь комплект ДСО і кріплення для її реалізації. Це дозволить забезпечити безперебійність процесу складання автомобілів (агрегатів).

Для формалізованого опису маршрутних технологій у рамках складального виробництва необхідно розглянути основні структури технологічних процесів (ТП), що реалізуються в автомобілебудуванні.

Складальне виробництво автомобілів, а також їхніх вузлів і агрегатів, носить в основному дискретний характер. Отже, ТП у цьому виробництві можна уявити у вигляді технологічних алгоритмів (ТА), де оператори алгоритму - технологічні операції (ТО), а зв'язки між ними описуються відповідними переходами.

Досить зручним для опису і дослідження технологічних алгоритмів є формалізована регулярна мова, заснована на системі мікропрограмних алгебр, - мова регулярних схем алгоритмів (РСА), запропонована уперше В.М. Глушковим. Мова РСА дозволяє наочно, однозначно і строго логічно описувати дії і події у вигляді алгоритмів, здійснювати рівносильні перетворення алгоритмів.

Як відомо, складальні технологічні ( ) і маршрутні ( ) процеси реалізуються таким чином, що ТО і переходи між робочими місцями виконуються в строгій послідовності, і на це не впливають ніякі фактори й обмеження. Якщо уявити ці процеси у вигляді алгоритмів у мові РСА, то переходи між ТО для ТП і між робочими місцями для маршрутних технологічних процесів (МТП) описуються операцією логічного множення. Тоді ТА ТП і МТП у мові РСА будуть мати вид:

Де - базис основних технологічних операцій;

- базис технологічного устаткування (робочих місць).

У розділі проаналізовані всі основні типи переходів між операціями, що мають місце в складальних МТП на підприємствах автомобілебудування, які наведені у таблиці.

Системна алгоритмічна модель складального виробництва формується методом суперпозиції в часі і просторі виробничої структури моделей: структури виробу; безлічі технологічних процесів виробництва і складання деталей і комплектуючих, разом з моделями постачань вузлів, агрегатів і комплектуючих.

Запропоновано оригінальний алгоритм формування системної просторово-часової моделі складального виробництва в мові РСА і приведені основні правила синхронізації, які необхідно використовувати при дослідженні динаміки функціонування.

Для дослідження динаміки поводження складальних виробництв найбільше доцільно застосувати математичний апарат теорії імітаційного моделювання. Це дозволяє досліджувати як детерміновані, так і вірогідні моделі складання автомобілів з урахуванням безлічі обмежень і факторів.

У третьому розділі розробляються принципи побудови імітаційних моделей на основі формалізованого опису динаміки функціонування АВ. За допомогою запропонованих моделей імітуються часові діаграми роботи АВ,

оцінюється вплив істотних факторів на його ефективність, здійснюється вибір раціональної структури виробництва.

Для відображення динаміки функціонування системи організується і коректується фрейм подій S. Фрейм подій є динамічним і упорядкований по зростанню значень, що відзначають час здійснення події. В осередку i- ї події містяться наступні атрибути: час здійснення події; номер події; номер ДСО.

Були розроблені імітаційні моделі основних типів виробництв в автомобілебудуванні.

Імітаційна модель складального виробництва дозволяє оцінити динаміку функціонування складальної лінії. Інформаційною основою імітаційної моделі служать фреймові структури: V - вільних елементів; S - подій; F - засобів; P - деталепозицій.

За допомогою розробленої програмної імітаційної моделі можуть бути вирішені наступні задачі: виявлення "вузьких місць" - деталепозицій, відсутність яких викликає простої складальної лінії; визначення розмірів страхових запасів по кожній деталепозиції; встановлення раціональних інтервалів подачі деталей і вузлів на позиції і т.д.

На підставі розрахунків були отримані рекомендації до зміни страхових запасів і інтервалів подачі деталей на позиції, що впливає на продуктивність складальної лінії агрегатів.

У четвертому розділі приведені результати розробки інформаційної системи аналізу і управління автомобілебудівним виробництвом.

Комп'ютерна система аналізу автомобілебудівного виробництва (КСААВ) призначена для аналізу існуючого складального виробництва, а також виробництва, що модернізується й автоматизується, з метою поліпшення його основних техніко-економічних характеристик. Крім того, КСААВ є методологічним інструментом для задач організації автоматизованого управління виробництвом.

КСААВ реалізована у вигляді автономного автоматизованого робочого місця. Однак вона найбільш ефективна в складі інтегрованої системи управління виробництвом.

Розроблена інформаційна система оперативного управління (ІСОУ) складальним виробництвом дає можливість змінювати структуру і схему управління виробництвом у випадку реконструкції і модернізації і розширює можливості контролю ходу виробництва, забезпечує своєчасність прийнятих рішень. При цьому підвищується ефективність виробництва, ритмічність руху продукції, поліпшуються завантаження і використання устаткування, зменшуються втрати від браку, скорочується цикл виготовлення виробів за рахунок зменшення внутрішньодільничних залишків.

Система призначена для автоматизації функцій обліку, контролю і планування виробництва, вироблення своєчасних раціональних рішень з управління і функціонує в режимі колективного користування в реальному масштабі часу.

Розроблена ІСОУ може функціонувати в операційних системах MS Windows, Linux, Unix.

ІСОУ вирішує наступні задачі: облік стану виробництва, контроль ходу виробництва, диспетчирування і управління виробництвом.

Для рішення цих задач у системі реалізовані понад 15 основних режимів роботи.

Програмне забезпечення побудоване по модульному принципу. Для забезпечення багатокористувального доступу до загальних даних у даній системі була використана двохрівнева технологія клієнт - сервер.

Створена модель управління заснована на системній структурі матеріальних потоків виробництва, що наведені на рисунку.

Система управління базою даних реалізована у вигляді деревовидних фреймоподібних структур, що дає можливість швидкого доступу до даних для видачі інформаційних довідок по будь-який складовій матеріальних потоків.

Ефективність ІСОУ підтверджена практикою її використання в автомобілебудівному виробництві.

У п'ятому розділі приведені приклади моделювання й аналізу виробничих процесів в автомобілебудуванні.

Розглянута ГЛ, яка призначена для нанесення покрить по 11 технологічних процесах.

Структура аналізованої ГЛ включає 23 робочих позиції. Робота ГЛ забезпечується трьома транспортними роботами (ТР).

Реальний такт виходу підвісок із ГЛ дорівнює 45 хвилинами. Така низька продуктивність визначається необхідністю ТР забезпечувати зустрічний потік порожніх підвісок у початок ГЛ для реалізації ТП підготовки оснащення. Підвищення продуктивності можна досягти шляхом усунення зустрічного потоку і забезпеченням прямоточності переміщення підвісок по лінії при передачі від одного ТР до іншого.

Використовуючи методику для формування узагальненого алгоритму, одержимо узагальнений технологічний алгоритм (УТА), що включає в себе всі ТП анодирування, що реалізуються на даній ГЛ.

На базі методик аналізу пропускної здатності УТА була запропонована нова структура ГЛ і розроблена її моделью. Вирішивши задачу оперативно-календарного планування, що полягає у визначенні послідовності запуску підвісок на лінії при мінімальному циклі виготовлення всього змінного завдання, можна ще додатково підвищити продуктивність ГЛ.

Побудуємо формалізовану модель потокового конвеєрного виробництва. Вхідними даними для побудови моделі є технологічний процес остаточного складання автомобілів УАЗ-31512, УАЗ-31514 і їхніх модифікацій, що містить у собі 75 технологічних операцій. Так як формалізована модель техпроцеса подається у виді технологічного алгоритму, визначимо базис основних операторів - ТОi . Кожна технологічна

операція уявляється у виді оператора алгоритму , . Таким чином, базис технологічних операторів алгоритму складає множина операторів:

.

Модель технологічного процесу при конвеєрному складанні в мові РСА можна уявити як послідовне виконання операторів, зв'язаних операцією множення (лінійний алгоритм):

.

Виходячи з цього, формалізована модель маршрутного технологічного процесу в мові РСА буде мати вид:

.

Доцільність застосування конвеєрного складання диктується необхідністю випуску великої кількості автомобілів з малим діапазоном модифікацій.

Найбільш просту виробничу структуру має одиничне і дрібносерійне виробництво автомобілів. В основному, одиничне складальне виробництво в автомобілебудуванні має місце або при виробництві дослідних моделей, або при виробництві дуже дорогих ексклюзивних зразків автомобілів, коли необхідно зробити автомобілі з унікальними технічними експлуатаційними характеристиками, чи автомобілі, вартість яких на ринку цілком перекриває великі витрати виробництва і приносить прибуток підприємству. Модель технологічного процесу складання залишається попередньою. Маршрутний технологічний процес містить у собі один елемент (робоче місце, бокс, пост тощо).

У сучасних економічних умовах найбільш доцільним є створення дрібносерійних підприємств зі складання автомобілів, їх вузлів і агрегатів.

Модель маршрутного складального процесу формується на підставі розподілу операцій по робочих зонах (постах), виходячи з заданої програми випуску і принципів вирівнювання трудомісткості і збалансування часу виконання робіт у рамках постів. При цьому виникають транспортні операції переміщення автомобіля між постами в процесі складання.

Формалізована модель маршрутного технологічного процесу в мові РСА буде мати вигляд:

,

де - складальні зони (пости);

- операції транспортування автомобіля між складальними постами.

У результаті оцінки трудомісткості робіт у зоні постів була визначена кількість персоналу.

Побудована модель дозволяє аналізувати поводження виробничої системи складання автомобілів у різних зовнішніх і внутрішніх умовах:

- зміна попиту та пропозиції на автомобілі на ринку;

- зміна номенклатури і асортименту продукції, що випускається.

Використання КСААВ показало доцільність прийнятої системи організації складального процесу на ВАТ “Автоагрегат”, що відповідає основній цільової функції виробничої системи і дозволяє задовольнити потреби ринку при мінімальних витратах виробництва, що забезпечує високий рівень конкурентноздатності підприємства.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова прикладна задача аналізу і синтезу автоматизованих складальних виробництв в автомобілебудуванні. Ця задача має важливе народногосподарське значення. Результати дослідження використанні для розв'язання задач управління виробництвом автомобілів на цілому ряді підприємств.

Розглянуто комплекс задач, у результаті вирішення яких отримано такі результати:

проведено аналіз основних типів виробничих структур у машинобудуванні з метою визначення напрямків створення автоматизованих виробництв на підприємствах автомобілебудування;

здійснено вибір методів дослідження автомобілебудівних виробництв із застосуванням інформаційних технологій;

побудовано формалізовані моделі опису процесів і структур автомобілебудівних виробництв із метою дослідження їхніх основних характеристик;

розроблено систему імітаційного моделювання, що враховує специфіку виробництва автомобілів;

розроблено комп'ютерну технологію аналізу і управління автомобілебудівним виробництвом;

досліджено конкретні маршрутні технологічні процеси виробництва автомобілів з метою підтвердження коректності і працездатності розроблених методик аналізу і управління в автомобілебудівному виробництві.

У роботі розроблена оригінальна інформаційна технологія, що заснована на принципах системного аналізу, складається з системи методик, починаючи зі словесного опису процесів і структур в автомобілебудівному виробництві, формалізованого уявлення в мові РСА і методів дослідження динаміки поводження системи з використанням можливостей математичного апарата імітаційного моделювання.

Розроблено автоматизовану систему управління виробництвом, що забезпечує раціональне і ефективне функціонування складального виробництва.

Досліджено конкретні виробництва з застосуванням розробленої комп'ютерної системи, що підтверджує практичне значення роботи. Крім цього, можливості використання запропонованої системи підтверджується її впровадженням на конкретних підприємствах автомобілебудування і машинобудування.

Результати роботи можуть бути використані фахівцями в області організації і управління машинобудівними виробництвами. Особливий інтерес вони можуть становити для фахівців, працюючих в області автомобілебудування.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Руденко Л.В., Илюшко Я.В., Колесник К.И. Технология создания компьютерно-интегрированніх производств // Авиационно-космическая техника и технология. - Вып. 12. - Харьков: ХАИ, 1999. - С. 132-133.

Федорович О.Е., Руденко Л.В. Системное моделирование программных макетов автоматизированных производственных комплексов // Авиационно-космическая техника и технология. - Вып. 13. - Харьков: ХАИ, 1999. - С. 147-151.

Латкин М.А., Руденко Л.В. Формирование системной модели проектируемых сложных автоматизированных систем управления // Авиационно-космическая техника и технология. - Вып. 14. - Харьков: ХАИ, 1999. - С. 202-206.

Федорович О.Е., Прохоров А.В., Руденко Л.В. Структуризация моделей сложных моделей и систем // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Вып. 15. - Харьков: ХАИ, 2000. - С. 204-208.

Малєєва О.В., Самохвалов А.В., Руденко Л.В. Класифікація об'єктів при оцінці зразків нової техніки аналого-співвідносними методами// Машинобудування та прогресивні технології. Вісті академії інженерних наук України. - № 4/2000. - Харків, 2000. - С. 113-117.

Лещенко А.Б., Губка С.А., Руденко Л.В. Информационные технологии управления сборочным производством в автомобилестроении // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Вип. 20. - Харків: ХАІ, 2000. - С. 127-132.

Прохоров А.В., Томас Рамирес, Руденко Л.В. Лингвистическая модель анализа виртуальных распределенных производственных комплексов // Авиационно-космическая техника и технология. - Вып. 24. - Харьков: ХАИ, 2001. - С. 45-51.

Луханин М.И., Белецкий И.В., Руденко Л.В. Программное макетирование и моделирование процесса сборки в машиностроении// Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - № 6(27). - Харків, 2000. - С. 50-52.

АНОТАЦІЯ

Руденко Л.В. Алгоритмічні та імітаційні моделі автоматизованого виробництва в автомобілебудуванні. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.06. - Автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології. - Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”. - Харків, 2001.

Розглядаються питання аналізу ефективності автоматизованих виробництв в автомобілебудуванні в нових економічних умовах. Проведено аналіз автоматизованих виробничих процесів в автомобілебудуванні, а також досліджені аналітичні і імітаційні моделі виробничих систем. Зроблено висновки про необхідність розробки нового класу методів і моделей, заснованих на системному уявленні, просторово-часовому і імітаційному моделюванні об'єкта дослідження. Виконано формалізацію і алгоритмізацію технологічних процесів і проведене імітаційне моделювання виробничих систем різного характеру. Запропоновані методики орієнтовані на кінцевого користувача і можуть бути використані при рішенні задач автоматизації, модернізації і реконструкції виробництва. Розроблений комплекс методів, моделей і методик реалізований у вигляді пакета програм аналізу і управління виробництвом, що складає основу інформаційної системи управління на ЗАТ “Автоагрегат”.

Ключові слова: системний аналіз, імітаційне моделювання, складальне виробництво, оперативне управління, технологічні процеси.

АННОТАЦИЯ

Руденко Л.В. Алгоритмические и имитационные модели автоматизованного производства в автомобилестроении. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06. - Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”. - Харьков, 2001.

Тематика диссертационной работы связана с государственной программой развития машиностроения и автомобилестроения, реализация которой осуществляется на основе решений Верховной Рады и Кабинета Министров Украины.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-прикладной задачи разработки комплекса методов и моделей анализа и управления автоматизированным автомобилестроительным производством в новых экономических условиях.

Рассматриваются вопросы анализа эффективности автоматизированных производств в автомобилестроении. Проведен анализ автоматизированных производственных процессов в автомобилестроении, а также исследованы аналитические и имитационные модели производственных систем. Сделан вывод о необходимости разработки нового класса методов и моделей, основанных на системном представлении, пространственно-временном и имитационном моделировании объекта исследования. Выполнена формализация и алгоритмизация технологических процессов и проведено имитационное моделирование производственных систем различного характера.

В работе подробно проанализировано мелкосерийное и единичное производство автомобилей, построены системные модели технологической структуры производства с использованием математического аппарата теории множеств и языка регулярных схем алгоритмов, промоделированы процессы нанесения покрытий и сборки автомобилей. Сделаны выводы о целесообразности оптимизации мелкосерийных производств с высоким уровнем автоматизации в новых экономических условиях в автомобилестроении.

Построена структура материальных потоков для обеспечения сборки автомобилей, предложена архитектура информационной системы оперативного управления производством, реализованная с использованием двухуровневой технологии клиент - сервер, в основе которой лежит модель в виде древовидных фреймовых структур.

Вибор методов исследования обусловлен логикой и последовательностью действий системного характера, направленых на анализ современных тенденций, связанных с развитием отечественного автомобилестроения. Для системного описания производственных процессов используется теоретико-множественное представление. Формализованное логическое представление маршрутных технологических процессов формируется алгоритмическими методами и моделями. Для построения структурных представлений производственных процессов использованы модели структурованных знаний. Для формирования алгоритмов програмного моделирования использованы принципы и методи имитационного моделировання дискретних систем. Для разработки программного обеспечения методов анализа и задач автоматизированного управления использованы современные информационные объектно - ориентированные технологии.

Научная новизна и практическая ценность полученных результатов заключается в следующем. Впервые проанализировано автомобилестроительное производство в виде небольших предприятий с достаточно разнообразным ассортиментом выпускаемой продукции. Усовершенствовоны методи описания и анализа маршрутних технологических процессов с помощью алгоритмических моделей. Получили дальнейшее развитие: структуризация моделей с помощью знание - ориентрованных методов; методы имитационного моделирования в области исследования дискретних производственных процессов; методи построения автоматизированных систем управления в автомобилестроениии, в том числе сборочных производств.

Разработанная система автоматизированного управления объективно описывает состояние производства, что дает возможность осуществлять принятие достоверных управленческих решений.

Предложенные методики ориентированы на конечного пользователя и могут быть использованы при решении задач автоматизации, модернизации и реконструкции производства.

Разработанный комплекс методов, моделей и методик реализован в виде пакета программ анализа и управления производством, который составляет основу информационной системы управления на ЗАО “Автоагрегат”.

Ключевые слова: системный анализ, имитационное моделирование, сборочное производство, оперативное управление, технологические процессы.

SUMMARY

автоматизований виробництво автомобілебудування моделювання

Rudenko L.V. Algorithmic simulation models of computer-aided manufacturings in motor car construction. - Manuscript.

Thesis for scientific degree of candidate of engineering science competition on a speciality 05.13.06. - Automated control system and progressive information technologies. - National Space University by N.E. Zhukovskiji “KhAI”. - Kharkov, 2001.

Analysis questions of computer-aided manufacturings efficiency in motor car construction in new economic conditions are considered. The analysis of automized industrial process in motor car construction is conducted and also analytical and simulation models of industrial systems are researched . The conclusion was made about necessity of a new class of methods and models development based on system representation, time-multiplexed and simulation modeling of the subject of inquiry. The formalising and algorithmization of technological processes is executed and simulation modeling of industrial systems of various nature is conducted.

The offered techniques are oriented to the end user and can be used at problem solving of production automation, modernization and reconstruction.

The developed complex of methods, models and techniques is realized by the way of software analysis and production management package which is a basis of information controlling system on joint-stock company “Auto aggregate”.

Keywords: systems analysis, simulation modeling, assembly production, operating control, technological processes.

Размещено на Allbest.ru