XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

ВВЕДЕНИЕ

Компьютерная имитация процессов управления производством, в частности оптимизация планирования производства в цехах и на участках машиностроительных предприятий с целью управления страховыми заделами деталей применяется сравнительно давно и достаточно успешно. Важная роль придается компьютерной имитации в процессе автоматизации предприятия в целом[1].

Подготовка имитации включает выбор цели модели (например, описание того, как механический цех изготавливает детали), выбор точки зрения, с которой будет представлена модель, тип создаваемой модели (например, модель "поточного" процесса) и предполагаемое использование построенной и проверенной модели (например, подготовить нового оператора). Таким образом, подготовка должна максимально облегчить использование исходной информации.

Цель моделирования определяется на первичной стадии создания модели. Выбор цели осуществляется с учетом вопросов, на которые должна отвечать

модель, выбор точки зрения – в соответствии с выбором позиции, из которой описывается система. Иногда цель и точку зрения можно выбрать до того, как будет сделана первая модель. А иногда определить цель и точку взгляда на самом начале моделирования чрезвычайно сложно [2].

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Сети Петри (CП) являются примером представленных семантических сетей. разновидностью ориентированных двудольных графов и предназначенных для моделирования динамических свойств различных систем (систем отношений между людьми, последовательностей действий при выполнении некоторой работы и т.п.). Двухдольный граф содержит вершины двух типов: позиции (обозначаются кружками) и переходы (отмечаются планками). Математически сеть Петри может быть формально представлена как совокупность множеств:

),

где P=(p₁, p₂, p₃…. p_n) – множество всех позиций ( n – количество позиций); Т=(t₁, t₂, t₃, … t_m) – множество переходов (m – количество переходов); G=(G_p-t, G_t-p) – множество дуг; W=(w₁, w₂, w₃, … w_k) – множество весов дуг (k – количество дуг)

Сеть Петри является графическим и математическим средством моделирования, которое применимо к производственным системам различных типов. Графическое средство представления сети Петри целесообразно использовать для наглядного представления моделируемых систем, подобно блок-схеме, структурной схеме и сетевому графику. Понятие фишек, вводимое в сетях Петри, позволяет моделировать динамику систем и параллельные процессы. В качестве математического средства аналитическое представление сетей Петри позволяет создать уравнение состояния системы, алгебраические уравнения и другие математические соотношения, описывающие динамику системы.

Среди основных преимуществ сетей Петри можно отметить то, что они позволяют с необходимой точностью представлять разветвленные, параллельные, циклические процессы, обладающие средствами анализа, а также моделирование в реальном масштабе времени [3,4].

Процесс моделирования можно условно поделить на две стадии.

1. Формирование структуры и параметров модели на основе свойств исходной системы (объекта управления)

2. Имитационные эксперименты для достижения необходимого значения показания качества работы системы.

Качество работы системы оценивается по численному значению выбранного критерия оптимальности. Основным средством оптимизации в сетевых моделях являются правила приоритета, которые выбирают одну из заданного количества разрешенных операций по заранее определенному принципу. Следует заметить, что при использовании приоритетов невозможно сказать о том, что получено оптимальное решение из возможных. Доказано только то, что при применении приоритетных правил значения критерия оптимальности получаются лучше, чем без их использования.

Таким образом, сети Петри формализуют понятие абстрактной системы – динамической структуры из событий и условий. В общей теории сетей аппарат Петри рассматривается как один из способов сетевого моделирования систем. Здесь вводятся более общие сетевые модели. Их единую основу образует понятие необъяснимой ориентированной сети из условий и событий, описывающей только статическое строение системы. Наиболее общей в диапазоне динамических сетевых моделей есть условно событийная система, являющаяся сетью, которая дополнена правилами изменений условий в результате реализации событий. Сеть Петри следует считать конкретизацией условно событийной системы [5].

С помощью имитационной модели можно определить оптимальные параметры производственной системы и найти решения, позволяющие повысить эффективность производственного процесса [6].

Для построения модели использована система моделирования общего предназначение GPSS World, созданное компанией Minuteman Software. С помощью GPSS World можно создавать модели как в непрерывном производстве, так и в дискретном. Модель может быть использована для проведения экспериментального исследования процессов при различных сценариях реализации [7]. При этом эксперимент сопровождается статистической обработкой результатов.

Средствами GPSS World создана имитационная модель загрузки оборудования автоматизированного участка механической обработки детали «корпус» , использует графическое представление сетей Петри (рис.1).

Рисунок 1. Схема имитационной модели обработки детали

В данной схеме использованы следующие обозначения позиций и переходов. Позиции:

P1 = Система готова к работе (предыдущий полный цикл);

P2 = Конвейер 1 свободен;

P3=Деталь достигает робота;

P4 = Робот в режиме ожидания;

P5 = Робот поднимает деталь с конвейера 1;

P6 = Станок 1 готов к использованию;

P7 = Деталь загружена на станок 1;

P8 = Обработка детали 1 завершена;

P9 =Робот поднимает деталь со станка 1;

P10 = Станок 2 готов к использованию;

P11 = Деталь загружена на станок 2;

P12 = Механическая обработка детали 2 завершена:

P13 = Робот перемещает деталь из станка 2;

P14 = Конвейер 2 свободен;

P15 = Система оставляет деталь для выполнения следующей операции.

Переходы:

T1= Загрузка детали на конвейер;

T2 = Робот снимает деталь с конвейера;

T3 = Робот ставит на станок 1;

T4 =Деталь установлена на станке 1;

T5 = Робот забирает деталь из станка 1;

T6 = Робот размещает деталь на станок 2;

T7 =Обработка соответствующей детали на станке 2;

T8 = Робот забирает деталь из станка 2;

T9 = Робот размещает деталь на станке 2;

T10 = Цикл переходов завершен

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

После проведения моделирования (рис.2) средняя загрузка каждого станка составляет 0.986 и 0.990. Соответственно, внесенные изменения в последовательности обработки позволили равномерно распределить нагрузку между двумя станками. Внесенные данные в систему изменили количество деталей, попадающих для обработки на станки за тот же промежуток времени:

• первого станка – от 135 до 128;

• второго станка – от 130 до 260.

Также очередь для обработки на втором станке уменьшилась от 169 до 24, но при этом она значительно увеличилась перед другим станком, что позволяет провести еще одно экспериментальное моделирование с целью повышения эффективности системы.

Рисунок 2. Отчет по результатам имитационного моделирования

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате применения сети Петри создана имитационная модель загрузки оборудования автоматизированного участка механической обработки детали «корпус». Для этого предоставлена графическая модель и разработана соответствующая программа в системе GPSS World.

Приведенный пример показывает, что при использовании сетей Петри можно сократить время простоя оборудования и рационально распределить нагрузку между двумя станками.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Имитационное моделирование производственных систем / Под общ. ред. А. А. Вавилова. – М.: Машиностроение. – Берлин: Техника, 1983. – 416 с.

2. Иванова Г.С. Технология программирования: Учебник для вузов. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 320 с.

3. Вислоух С.П. Информационные технологии в задачах технологической подготовки приборо- и машиностроительного производства: моногр. / С.П. Выслоух. – К.: НТУУ "КПИ", 2011. - 488 с.

4. Вислоух С.П., Чабан О.М. Моделирование и оптимизация работы производственных систем средствами Сети Петри / С.П. Вислоух, О.М.Чабан / Вестник НТУУ "КПИ". Серия Приборостроения. – 2008. – Вып.36. – С.118-122.

5. Сочнев А.Н., Алгоритм управляемой имитации сети Петри // Журнал сибирского национального университета – 2010. № 3. – С. 356-368.

6. Гусев П.Ю, Скрипченко С.Ю, Лысов Д.В., Анализ и оптимизация производства деталей самолетных агрегатов с использованием имитационного моделирования // Известия Самарского научного центра Российской академии наук– 2016. – № 4. – С. 432-438.

7. Кулешов М.В, Сыромятников В.С. Компьютерная модель конвейера для проектирования привода//Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2016. №6-1. – С. 97-101

Код для цитирования: Скопировать