Оренбургский государственный университет

Разработка методологии создания высокоэффективных производственных систем нового поколения с заданными свойствами

Исследованы закономерности влияния технологических режимов на эффективность производственных участков разных уровней автоматизации. Получены количественные значения эффективности использования комбинаций правил обслуживания для различных значений параметров технологического и сервисного оборудования, длительности цикла безлюдной работы гибкой производственной ячейки (ГПЯ) и трудоемкости изготавливаемых деталей. Выявлены закономерности изменения показателей эффективности функционирования ГПЯ в зависимости от количества и параметров технологического и сервисного оборудования. Разработаны типовые процедуры автоматизированного синтеза рациональных комплектов технических параметров гибких производственных систем (ГПС), основанного на применении генетических алгоритмов. Определены различные виды критериев оптимальности в задаче структурной оптимизации термодеформационной системы станка.

Установлено, что модели производственных систем, создаваемые в универсальных системах имитационного моделирования (AnyLogic, Arena, UML), неприменимы для автоматизированного синтеза технических параметров ГПС. Удобнее использовать метод автоматизированного построения циклограмм, позволяющий оперировать конкретными характеристиками оборудования и данными об изделиях. Не существует однозначно оптимальных технологических режимов, которые соответствовали бы выраженному экстремуму того или иного показателя эффективности производственных систем разных уровней автоматизации. Однако, выявленные функциональные зависимости позволяют осуществлять автоматизированный выбор технологических режимов, оптимально соответствующих текущему критерию составления расписания. Наибольшие потери от использования неоптимальных комбинаций правил обслуживания составляют, в среднем, 6-7%. При этом величина потерь уменьшается с увеличением средней трудоемкости изделий. Использование рационального количества транспортных средств и форсирование длительности циклов смены заготовок обеспечивают возможность создания ГПЯ, которые:

• состоят из любого числа станков, необходимых для обеспечения заданной производительности;
• функционируют со средней загрузкой 87-90%;
• имеют срок окупаемости, лишь на 8-20% превышающий экономически рассчитанный минимум.

Традиционные методы структурной оптимизации термодеформационных систем станков как важнейших элементов ГПС построены на использовании принципа суперпозиции для отдельных элементов средств обеспечения теплоустойчивости. Векторный характер тепловых деформаций станков не позволяет применять традиционные методы структурной оптимизации при использовании температурных перемещений в качестве критериев оптимальности в силу несоблюдения принципа суперпозиции. Наиболее эффективным способом достоверной оценки термодеформационного состояния станка при необходимости учета сложного типа средств обеспечения его теплоустойчивости является его термодеформационный расчет, реализующий метод конечных элементов. Предложенная экспресс-модель термодеформационной системы станка существенно уменьшает число требуемых вычислений для решения задачи структурной оптимизации и может быть положена в основу решения задачи структурно-параметрической оптимизации.

В отчетный период:

• были разработаны информационные модели системы поддержки принятия решений по созданию управляющих программ в интегрированной информационной среде предприятия;
• предложены алгоритмы реализации наиболее распространенных правил обслуживания в общем алгоритме функционирования производственной системы;
• построена математическая модель для оценки эффективности гибкого автоматизированного участка (ГАУ) по критерию срока окупаемости.

Кроме того, был предложен способ минимизации количества единиц взаимозаменяемого технологического оборудования в ГПЯ за счет уточнения плановых показателей загрузки, длительности цикла безлюдной работы, технических параметров устройств смены заготовок и количества транспортных средств.

Разработано программное средство "Fania" как инженерный инструмент для многокритериальной оценки эффективности проектных решений при создании комплексов технологического оборудования, а также формализованное описание поиска оптимальных значений технических параметров ГПС в виде зарегистрированного программного продукта "ProSintez". Разработаны новые методики структурной оптимизации термодеформационной системы станка, реализующие методы бинарного программирования с учетом термодеформационной экспресс-модели.

Проводимые исследования соответствуют уровню мировых и отечественных достижений в сопоставимых областях, что подтверждается представлением материалов на международных конференциях и публикацией в центральных научных журналах.

В 2007 году по указанной теме было опубликовано 5 статей в ведущих научных журналах, представлено 11 докладов на международных, всероссийских и региональных научных конференциях. Были модернизированы и разработаны четыре новые учебные программы высшего и послевузовского профессионального образования:

• "Автоматизация машиностроительного производства" (для специальности 220301.65 - "Автоматизация технологических процессов и производств");
• "Автоматизация производственных процессов в машиностроении" (для специальности 151001.65 - "Технология машиностроения");
• "Проектирование автоматизированных производств" и "Программирование на языке высокого уровня" (для специальности 230104.65 - "Системы автоматизированного проектирования").

Результаты, полученные в ходе выполнения НИР, использовались при подготовке четырех кандидатских диссертаций. В 2007 году в диссертационном совете Д 212.181.02 (г. Оренбург) по специальности 05.13.06 – "Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)" состоялись защиты диссертационных работ на соискание ученой степени кандидата технических наук:

1. Гильфанова Ф.Ф. "Многовариантная оценка комбинаций правил обслуживания в АСУ";
2. Сергеев А.И. "Автоматизированный синтез технических параметров реконфигурируемых производственных систем";
3. Корнипаев М.А. "Совершенствование оперативного планирования в АСУП на основе ситуационного управления";
4. Рахматуллин Р.Р. "Повышение эффективности реконструкции машиностроительного производства с подразделениями разных уровней автоматизации".

В дальнейшем предполагается исследование закономерностей формирования показателей эффективности производственных систем в зависимости от проектных и эксплуатационных решений.

Государственная поддержка проводимых исследований способствует формированию новых и развитию существующих научных направлений, повышает заинтересованность молодых ученых в проведении научной работы, и в целом ведет к профессиональному росту коллектива, объединенного общими научными интересами.

Развиваемое научное направление является актуальным и ориентировано на раздел "Перспективные вооружения, военная и специальная техника" перечня приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации и на раздел "Базовые и критические военные, специальные и промышленные технологии" перечня критических технологий Российской Федерации, что определяет необходимость проведения дальнейших исследований.

Результаты работы в 2006 году