Введение к работе
'Ц
ци.йі
——f АКТУАЛЬНОСТЬ. Одной иа важнейпиг задач развития
машиностроительного комплекса страны является создание высокоаффективных гибких производственных систем, что требует комплексного подхода к автоматизации технологических процессов, начиная от поступления сырья и кончая отгрузкой готовой продукции. Необходимость проведения автоматизации остро ощущается в сборочных работах, трудоемкость которых в среднем по отраслям промышленности составляет 35.. .40 %, а в машиностроении - до 70 f, от общей трудоемкости изготовления изделия и имеет тенденцию к росту. Поэтому автоматизация сборочных работ является одним иэ ключевых направлений развития мапшно-приборостроения.
Существующее в настоящее время сборочное производство характеризуется постоянно растиряощейоя номенклатурой изделий, повышением качества и технико-еконоиическ.ас характеристик. Оно является слозной системой с многокомпонентной и иерархически подчиненной структурой, причем иерархические уровни, а также отдельны? компоненты внутри последних оказывает взаимовлияние друг иа друга. Особснисмтьо автоматизированных сборочных систем является иногочислонность сборочных компонентов, входящих в со-отаа производимой продукции, для доставки которых в технологи-чэскуа вону трабуотоя организовать большое число'сходящихся материальных потоков, интенсивность каждого из которых зависит от интенсдЕНООТеЯ остальных. Указанное обстоятельство объясняется тем, что операция оборки узла (подуала) может быть выполнена, только при надячий мех входящих а него компонент. Отсутствие хотя он одной а* них вызывает остановку технологического оборудования, \ следовательно, и блокировку материальных потоков, подяодлххх к нему другие компоненты. Одной иа 03Н0ВНЫХ причин, аьаіпкшкхх остановку техно юг тчеокого оборудования и
снижение производительности сборочного производства в целом является отказы технических устройств. Проблею, повышения надежности оборудования является одной из важнейших при создании сборочных систем. С одной стороны та проблей* иожет решаться на базе повышения надежности отдельных единиц оборудования, входяшего в систему, с другой - введением аппаратного и временного резервирования. Наибольшее распространение в настоящее время получило временное резервирование, как требующее наименьших затрат и позволявшее значительно повысить гибкость сборочного производства. Таким образом, на первый план выходит проблема наиболее эффективного использования методов и средст1», обеспечивающих временное резервирование сборочных систем. Развитие данного направления возможно только на основе совершенствования методов шгешгического анализа многофазных сложных систем ^ разветвленной и иерархически подчиненной структурой, базирушихсг ка теории надежности, марковских я полумарковских процессов, сетей кассового обслуживания и других смежных областях науки. Следует, однако, отметить, что ввиду сложности и специфичности сборочных систем применение к ним указанных аппаратов исследования вызывает значительные затруднения. Отказ от учета специфики сборочных систем приводит к значительным ошибкам при моделировании. Поэтому необходимы исследования,направленные на создание катодов анализа и синтеза многопоточньк сборочных систем с учетом их специфики и особенностей.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является создание .теории анализа и синтеза многопоточньк сборочных сисгем, обеспечивающей их заданные параметры надежности и производительности, базирующейся на информационно связанных иерархически подчиненных математических моделях и позволявшей осуществить параметрическую .оптимизацию указанных систем. 4
НАУЧНАЯ -НОВИЗНА ааклвчается в том, что впервые решена крупная науішая проблема в области автоматизации технолога чес ких процессов в машиностроении, имевшая важноэ наро-дохозяйствєнное значение, заключающаяся в создании совокупности методов анализа процессов функционирования мнсгопоточных сборочных систем,, а также их параметрического синтеза, базирующихся на осново комплекса взаимосвязанных стохастических и детерминированных моделей, описьгваюших вез уровни иерархии указанных систем с произвольной организационной структурой для получения тpeбyз^^ыx характеристик производительности и надежности.
Для решения этой проблемы выполнено следутаее:
на основе разработанного метода структурного представления взаимосвязи элементов всех иерархических уровней, а также метода вложенных итерация построены тарковские и полушрковскис математические модели одно- и многопоточнкх гииких автоматизированных, линий сборки (ГАЛС) произвольной структуры для стационарных и динамических режимов санкционирования, с учетом взаимовлияния влэкзетов друг на друга в пределах одного уровня и уровней мелду собой;
нсожвдоюшо взаимодействие автоматизированного склада (АС) и линии сборки для различных режимов функционирования и ьведен новый овобазнный экономический критерий оптимизации, позволяющий форіалізосать постаноску и осуществить уепонис ряда задач;
разработан ьізтод оптимизации: цеяэвых функций, представ-Я8ЮШ а 'гпдо мультипликативны: кшторисв, состагляядие которых является ггогзкейнши шнотонкыш гяздкилш Фі-ніїцияш, при лчнеа~ ном ограничении зтот метод полотен в основу выбора оптимальных объемоз Цйїоиврационнмс шжопитолей ГАЛС, обэспвчиваияих макси-ьальнуа производительность линии при ограничении затрат на образованна л них заделов или на суькзрное число продукции во всех
накопителях;
предложен метод оптимизации линейной целевой функции при нелинейном ограничении, представляющем собой мультипликативную функцию, сомножители которой являются монотонными гл.- ікиіоі зависимостями; решена на втой основе задача обеспечения минимума аатрат ка содержание заделов продукции в накопителях ГАЛС при обеспечении заданной производительности;
построен комплекс марковских и полумарковских моделей гибкой технологической ячейки сборки (ЯС) произвольной структурі., мажоперационного накопителя (Н) и автоматизированного склада в целом, информационно связанные с моделями ГАЛС; разработана ДІЮ для проектирования сборочных систем;
на основе имитационного моделирования проведена оценка влияния на параметры линии вида вакона распределения времени обслуживания (сборки деталей) на ЯС, входящих в состав много-
. фавной сборочной системы с временным резервированием;
- разработан ряд математических моделей расчета динамики
элементов, входящих в состав ЯС и включаючих в себя устройства
для высокоскоростной сборки резьбовых соединений, цифровых и
шаговых пневмоприводов, а также манипуляторов, построенных ка
их основе.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для решения поставленных вадач на основе системного подхода использованы методы теории марковских и полушрховсхих случайных процессов, сетей массового обслуживания, надежности м производительности, мате» магической статистики; оптимизации технологических процессов в машиностроении, автоматических линий, дифференциальных я интегро-дифференциальных уравнений, математического анализа, а такав методы операционного исчисления, численного анализа, аппроксимации функций, имитационного моделирования, аналитической ме-
ханики и др. Экспериментальные исследования проводились 'В производственных условиях на серийно выпускаемом оборудовании е последующей статистической обработкой результатов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты выполненной работы,, вскрывающие резервы и расширяющие возможности многопоточных автоматизированных сборочных систем, использовались:
в качестве основы при расчете и разработке сборочных систем различной орлінизациоімой структуры с заданными техникп-эконошческиш показателями и оптимзльрыш параметрами кежопе-рв"Ионных накопителей, включающей в себя пакеты прикладных програми} позволили создать еди.чув диалоговую систему, базирующуюся на комплекса иерархически связанных математических моделей, описывавших функционирование отдельных объектов (склада, ГАЛС, ЯС, неяс операционных накопителей п элементов нижнего уровня иерархии, входящих в состав Ш);
при построении методик расчета действительного фонда вра-иени работы оборудовании в оперативном планировании сборочного производства и оптимальном распределении оаделов незавершенной продукции в цазоперацяо.чныя гакош!тэлях ГАЛС;
в учебном процесоэ при обучении студентов специальностей 12,02, 21.03 (СПИ, г. Севастополь).
На база проведенных исследований разработаны различные технически репенкяі позволяете аптоатно реализовать алименты, входяпкэ.во все уровн* иерархии, от элементарных модулей ЯС до ГАЛС s целом. Созданы я шедроны цифровые и шговые пневмоприводы линейного и поворотного действия, положенные в основу J.Q-нипуяяторов прошпленннх поботов моделей: РС-5, РС-б, РС-222, РО-б, РО-7, "Взктор", из которых РС-22Й и РО-6 демонстрировались на ВДНХ УССР и были каграядоны дипломом второй степени.
Разработан также ряд других функциональных устройств ЯС: схваты, устройства подготовки среды и др. Созданы конструкции сборочных шеек, в том числе универсальные сборочный центр, предложены варианты транспортно-накопительных систем, на баае коте m возможно построение различных структурно-организационных компоновок ГАЛС. Результаты исследований, защищенные 25 авторскими свидетельствами и четырьмя положительными решениями на изобретения, внедрены и продолжает внедряться на предприятиях городов: Новгорода (НШЭШ), Симферополя (ПО "Оргтехавтоматиэация"), Харькова (БНЫЭлектроаппарат), Севастополя (ПО "Муссон") и др. Экономический эффект от внедрения программных и аппаратных средств составил 787 тысяч рублей в год.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные научные положения и результаты диссертации докладывались более 40 раа на международных. Всесоюзных и республиканских конференциях и семинарах, в т. ч.: семинар "Цуги повышения производительности труда и качества сборки" (Севастополь, 1930);2-я Всесоюзная межвузовская конференция "Робототехничеокив системы* (Киев, 1930); Всесоюзная конференция "Прогрессивная технология и автоматизация технологических процессов в машиностроении и приборостроении" (Ленинград, 1962); республиканская конференция "Резервы интенсификации производства" (Севасгопоть, 1984); республиканская конференция "Разработка и внедрение гибких автоматизированных систем в производство" (Севастополь, 1985); ^еслубликанокая конфзренция''Механизация и автоматизация контрольно-сборочных операций-» машиностроении" (Волгоград, 1986)} республиканская конференция "Опыт внедрения ГПС на предприятиях приборостроения" (Львов, IS38)$ республиканская конференция "Проблемы автоматизации переналаживаемых производств в машиностроении" (Волгоград, 1988)} республиканская конференция "Робототехника в сборочном производстве" (Севаотопояь,
1968) s Всесовзгап конференция "Проблемы кокплоксной автоматизации механосборочных и сборочно-ыонтажных работ в производство радно&лэктронной аппаратура и аичиолмтельной техники (Москва, 1989); Международная конференция " М laternatiDrtafeJ u>tsserjscAa///(C/iPf /01^^/4//7( Ильменау, ГДР, 1989); пятое Всо-совзноа соэепакке по робототехничоскии систеюм (Москва, 1090); Всеоовзная конференция "Ресурсо-энергосберегащие и наукоемкие технологии в иавзшо- и приборостроении" (Нальчик, 1991); республиканская конференция "Повышение техиико-экононическоЯ эффективности проектирования и эксплуатации сборочного оборудования" (С-вастополь, IS90); научно-технические конференции Севастопольского приборостроительного института (I960 ... 1990).
Диссертационная работа в целом рассмотрена, и одобрена на совместном заседании кафедр "Комплексная автоматизация ыапино-и приборостроения", "Гибкие произведетвенныэ системи", "Технология шшиностроения", "Приборостроение", "Кибернетика и вычислительная технига" Севастопольского приборостроительного института (1992).
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 67 научных работ, в той тюле: I монография, I отдельная публикация объемом болзэ трех п.л., 2 бровхры, 25 авторские сомлетельет»,
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из озеленил, семи разделов, общих выводов, списка житературц из 245 наииенований и Z1 приложения.
Работ содержит 362 страниц машинописного текста, 138 рисунков, 26 таблиц. Общий обЛеа работы составляет 626 страниц.