Введение к работе
. Актуальность и степень исследованности темы.
Решению прблемы повышения эффективности производства
тяговых цепей посвящены работы ученых ДонГГУ, Донгипроугле-маш, ВКйМПТУглемаш, а также ряда зарубежных авторов. Большинство работ направлено на совершенствование параметров технологического процесса ( вязки, сварки, термообработки) и повышение качества цепей за счет их регулирования. Однако повышения качества и производительности можно достичь не только выбором и регулированием технологических параметров, по и организацией подачи пстсксв металла на сварку , оперативной перестройкой групп сварочных автоматов на режимы, соответствующие характеристикам металла. Вопроса повышения пропускной способности и качества цепей за счет опережающего контроля, прогнозирования характеристик потоков металла, оперативного распределения их по сварочным автоматам, настраиваемым на соответствующие режимы, согласования и упорядочения операций перехода автоматов в режимы с учетом их состояния, транспортных задержек и времени пестройки только еще ставятся и разрабатываются. Методы и системы управления.со статистической коррекцией параметров малоэффективны, поскольку управляющие воздействия вырабатываются "вслед процессу ", а поиск управлений методом " проб и ошибок " на самом объекте неприемлем из-за его инерционности, потерь на поиск, превышающих эффект оптимизации, и возможности, возникновения аварий.
Возникает актуальная задача разработки методов управления и системы с оптимизационной моделью, предполагающей поиск наивыгоднейших режимов на модели и последующей реализацией их на объекте.
Цель, идея и основные задачи исследования.
Целью работы является разработка методов и системы автоматизированного управления технологическим процессом изготовления цепей для повышения качества цепей при заданном уровне производительности.
Идеей работы является повышение качества цепей при заданной производительности за счет опережающего контроля и прогнозирования характеристик исходных потоков металла, оптимального распределения их по группам сварочных автоматов, перестраиваемых заранее на режимы, соответствующие характе-
ристикам металла.
Для реализации идеи и достижения цели поставлены следующие задачи;
провести анализ и обобщение технологических схем изготовления тяговых цепей и методов повышения эффективности управления процессами сварки;
разработать модель оптимального распределения потоков металла по группам сварочных агрегатов, настраиваемым на
-режимы, соответствующие характеристикам металла и состояниям автоматов;
- раараиитать алгоритм распределений ПОТОКОВ, ОбоСПСЧИ
вавдий минимум автоматных переходов и увеличение пропускной способности линий;
разработать принципы моделирования и модели перехода автоматов на альтернативные режимы в узлах взаимосвязанных параллельных и циклических процессов, с учетом времени перестройки автоматов и транспортных задержек;
разработать алгоритмы и систему автоматизированного управления технологическим процессом сварки цепей, провести испытания и внедрение системы.
Методология и методы исследования.
В основу при разработке моделей и структуры системы положен модульно-иерархический принцип, теория моделирования дискретных процессов на базе сетей Петри и их модификации в виде нагруженных сетей Петри для параллельных и циклических процессов, методы теории оптимизации потоков в сетях, методы вычислительного эксперимента, методы Монте-Карло и методы оценки результатов на ПВМ.
Основные научные положения и результаты выносимые на защиту, их новизна.
Положения;
-
Новые модели взаимосвязанных процессов базируются на декомпозиции задачи и модификации нагруженных сетей Петри, вводом логических и функциональных переходов в иерархическую структуру из двух уровней, нижний из которых отображает функционирование технологических стадий, а верхний - их взаимодействие.
-
Принцип разделения множества автоматов по числу альтернативных режимов и представление его матрицей элементов--групп автоматов " производителей " и " потребителей ",
характеризующих переходы в другие режимы, позволяет формировать уравнения состояний и находить последовательности перевода системы з требуемые состояния при минимальном числе переходов.
3. Повышение оперативности и эффективности управления процессом"сварки"достигается комбинацией методов матричного выбора и реализации управлений и статистического моделирования, путем "проигрывания" нестандартных ситуаций на оптимизационных моделях, с оценкой вариантов, отбором и накоплением их в матрицах альтернативных режимов.
Результаты:
-
На базе модифицированных нагруженных сетей Петри и модульно-иерархического принципа разработаны новые модели, обеспечивающие моделирование взаимосвязанных альтернативних асинхронных и циклических процессов изготовления цепей.
-
Проведены исследования, определены и рекомендованы параметры управления технологическим процессом сварки в виде алгоритма оптимизационного и матричного распределения металла, оптимальной длительности перехода на альтернативный режим, параметров сварки, соответствующих характеристикам исходного металла.
-
Предложен новый принцип и разработана двухуровневая иерархическая структура управления и оптимизации технологических процессов сварки цепей, обеспечивающая снижение количества бракованных цепей на 45-50. при заданном уровне производительности. Разработаны рекомендации по проектированию и внедрению системы.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подверждается: корректным использованием математического аппарата исследования дискретных систем, адекватностью разработанных .моделей на базе модифицированных сетей Петри, подтвержденной в ходе вычислительного эксперимента, совпадением результатов моделирования и данных испытаний с погрешностью до 10%, апробацией работы на научных конференциях, положительными результатами внедрения.
Теоретическая и практическая пенность работы, научная новизна.
Научное значение и новизна работы состоят в развитии принципов модульно-иерархического моделирования дискретных процессов сварки на базе сетей Петри, получении новых моде-
лей и принципа распределения потоков металла с перестройкой автоматов по критерию максимизации потоков в сети с учетом характеристик металла, состояния автоматов и времени их перенастройки на альтернативные режимы.
Теоретическая ценность заключается в разработке методов конкретизации нагруженных сетей Петри для моделирования дискретных взаимосвязанных параллельных и асинхронных процессов с автоматическим переходом системы в альтернативные режимы в процессе реализации.
Практическая значимость работы заключается в разработке:
новых моделей циклических и асинхронных процессов перехода автоматов в альтернативные режимы, используемых при управлении;
комплексной модели и алгоритма распределения потоков металла с перестройкой автоматов для повышения качества цепей и обеспечения заданной производительности;
рекомендаций по установлению параметров технологического процесса, используемых при управлении и в САПР;
прикладных программ функционирования и рекомендаций по проектированию и организации системы автоматизированного управления процессом сварки цепей.
Декларация личного вклада. Автором самостоятельно разработаны специализированная модификация нагруженных сетей Петри для моделирования технологического процесса изготовления цепей с учетом альтернативных режимов функционирования действующих автоматов, модели, алгоритмы оптимального распределения потоков и переключения сварочных автоматов для минимизации потерь в технологической линии и поддержания заданной производительности, пакет прикладных программ для реализации компьютерных моделей на базе временных сетей Петри, а также установленные значения оптимальных параметров управления процессом с группами автоматов, действующих в альтернативных режимах.
Реализация результатов работы. Полученные в работе результаты внедрены и использованы на заводе " Победа труда " г.Артемовен. При разработке АСУТП изготовления тяговых цепей исползованы:
модели и алгоритмы распределения потоков металла с перестройкой сварочных автоматов на альтернативные режимы в соответствии с характеристиками металлов;
рекомендации по установлению параметров сварки, обеспечивающих повышение качества цепей при заданной производительности;
прикладные программы, структура системы управления и
рекомендаций по ее проектированию и организации. —
Апробация. Основные результаты работы докладывались к обсуждались на семинарах Института прикладной математики и механики НАН Украины, Института проблем искусственного интеллекта г.Донецк, кафедр ВМиП и АСУ ДонГТУ (І99І-І995г.г.).
Публикации. Содержание диссертации отражено в трех де-
ниплуивсзппыХ раийісіл. и НубЛЇІКЗЦИЛл ЗІЗТСрУ ПрППЗДЛСшСТ р22~
работки моделей и алгоритмов, принцип управления, результаты компьютерного моделирования и расчетные зависимости.
Структура и объем работы, диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на ІЗЄ страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 6 таблиц, список литературы из 42 наименований и приложения.