Имитационная модель технологической подготовки производства в виде трехуровневой модели с сетецентрическим управлением
"Научный аспект №6-2024" - Технологии производ.
УДК 621.91.01
Наумкин Илья Александрович – магистрант Карагандинского технического университета им. Абылкаса Сагинова (г. Караганда, Республика Казахстан)
Аннотация: В данной статье рассматриваются модель имитационного технологического обучения производства, в виде трехуровневой сетецентрической модели управления. Анализируется третий уровень модели, на котором проводится исследование и оценка различных вариантов технологических маршрутов обработки и используемого оборудования для каждой партии деталей. Представленная модель реализована в форме системы массового обслуживания. Система представляет собой модели структур, в которые случайным образом поступают заявки извне или изнутри в течение времени, которые должны быть обработаны. В статье описываются важные концепции системы массового обслуживания. После проведения анализа, были сделаны выводы, которые описаны в данной работе.
Ключевые слова: сетецентрическое управление, модель, макрооперации, анализ.
Современное производство активно движется в направлении применения передовых цифровых и интеллектуальных технологий, а также роботизированных систем. Одной из ключевых тенденций в этом контексте является использование сетецентрического управления производственными сетями. Примерами современных производственных решений могут служить комплексы с ЧПУ, 3D-принтеры и роботы, интегрированные в сеть для оптимального планирования и параллельной реализации технологических процессов. Эти технологии легко адаптируются к мелкосерийному или штучному производству в различных областях, таких как машиностроение, переработка сырья и сборка сложных изделий.
Модель имитационного технологического обучения производства может быть представлена в виде трехуровневой сетецентрической модели управления [1]:
В этой модели определены следующие уровни сетецентрического управления:
- Уровень 1: Управление технологическими макрооперациями станков и роботов;
- Уровень 2: Управление и контроль технологическими процессами, представленными в виде последовательностей макроопераций;
- Уровень 3: Многокритериальная иерархическая оптимизация и планирование производственных процессов.
Макрооперации (далее МО) – это последовательности сообщений, которые обмениваются встроенными контроллерами объектов первого уровня с компьютерами второго уровня, управляющими реализацией технологии.
На первом уровне производится контроль каждого элемента производственной системы:
- Анализ текущего состояния каждого из элементов производственной системы;
- Проверка корректного выполнения текущих действий каждого из элементов производственной системы;
- Передача данных, сообщающая о начале или завершении выполнения каких-либо действий элементов производственной системы, а также об ошибках в их работе [2].
На втором уровне системы производства происходит контроль взаимодействия компонентов, а также передача информации о состоянии сетевых объектов и их окружения на третий уровень. На третьем уровне проводится анализ данных "озера данных", который служит основой для динамического планирования работы цеха. При планировании происходит оптимизация выполнения задач объектами производственной сети, учитывающая возможности параллельного выполнения, синхронизацию, области допустимых значений параметров состояний, условия надежного выполнения плана и прочее. Поскольку для каждого режима работы каждого объекта сети установлены конкретные критерии успеха, третий уровень должен решать задачи многокритериального планирования, а также вносить изменения в правила управления или оценивать параметры состояния объектов сети.
В данной статье анализируется третий уровень модели, на котором проводится исследование и оценка различных вариантов технологических маршрутов обработки и используемого оборудования для каждой партии деталей. Представленная модель реализована в форме системы массового обслуживания (далее СМО) [3].
СМО представляет собой модели систем, в которые случайным образом поступают заявки (требования) извне или изнутри в течение времени. Каждая поступившая в систему заявка должна быть обработана. СМО состоит из обслуживающего оборудования и персонала при соответствующей организации процесса обслуживания.
Важными концепциями СМО являются:
- Источник, который генерирует заявки, а совокупность источников формирует входной поток заявок в систему. Обычно источники могут быть двух типов – конечные и бесконечные, отличающиеся способами генерации заявок.
- Буферная память (место для хранения очереди заявок), которая обычно подразделяется на два типа: общую и зонную. В общей памяти хранятся заявки от различных источников, а порядок их записи определяется только дисциплиной буферизации.
- Зонная память — это специальный буфер, разделенный на отдельные сегменты, в каждом из которых записываются заявки только от конкретного источника. Таким образом, количество зон соответствует числу источников.
- Приборы, которые обрабатывают заявки и формируют исходящий поток после обработки.
- Диспетчер постановки заявок:
- Отправляет заявку на обработку или в буферную память в случае отсутствия свободных приборов.
- Управляет отказом или удалением заявки из буферной памяти, если места в буфере закончились.
- Диспетчер выбора:
- Выбирает прибор для обработки заявки.
- Выбирает заявку из буфера памяти, если она там имеется.
На рисунке 1 приведена стандартная структура СМО:
Рисунок 1. Пример структуры системы массового обслуживания где Иi (i=1...n) – источники, ДП – диспетчер постановки, БП – буфер памяти, ДВ – диспетчер выбора, Пi (i=1...m) – приборы.
Таким образом, описанный выше метод решения многокритериальной задачи не обеспечивает возможности выделить единственное оптимальное решение [2]. Решения, соответствующие различным наборам весовых коэффициентов, рассматриваются как равноправные элементы множества эффективных и слабо эффективных решений, которые представляют собой ядра соответствующих бинарных отношений (отношений Парето и отношений Слейтера), и поэтому могут быть признаны искомыми решениями. Однако с практической точки зрения, особенно в контексте выбора оптимальных вариантов организации технологических процессов, важно использовать дополнительную информацию о предпочтениях заинтересованных лиц. Принцип Парето в данном контексте позволяет лишь ограничить число потенциальных кандидатов на решение и исключить из рассмотрения явно неподходящие варианты.
Список литературы
- Daniel Jato-Espinoa, Elena Castillo-Lopezb, Jorge Rodriguez- Hernandeza, Juan Carlos Canteras-Jordanac. A review of application of multicriteria decision making methods in construction// Automation in Construction., Volume 45, September 2014, Pages 151-162.
- Берлинер Ю.М. САПР технолога машиностроителя: учебник / Берлинер Ю.М., Таратынов О.В. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2015. – 336 с.
- Карпаев, С.А. Интегрированная модель системы оперативного календарного планирования в условиях контрактного производства. / С.А. Карпаев // Информатика и вычислительная техника. Сборник научных трудов. – 2016. – С.136-143.