Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Диссертационная работа:

Хитрун, Владимир Николаевич. Принципы оптимального построения и алгоритмизация функционирования автоматических технологических линий с ЧПУ (на примере линий гальванопокрытий) : Дис. ... канд. технические науки : 05.02.07.-

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И АВТОМАТИ
ЗАЦИИ РАБОТЫ МНОГОПРОЦЕССНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИ
НИЙ 15

Выводы 30

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВШРОСЫ ОПТИМАЛЬНОГО ПОСТРОЕНИЯ И
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ В УСЛОВИЯХ
МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО НЕДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ВХОД
НОГО ПОТОМ 31

2Д. Общие принципы построения и функционирова
ния 31

2.2. Оптимальное динамическое управление загрузкой многопроцессной технологической линии.. 53 ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ В АВТОМАТИ-

' ЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ 76

  1. Методика определения оптимального набора станков /ванн/ многопроцессной технологической линии 76

  2. Вопросы максимизации пропускной способности системы межопврационного транспортирования 79

  1. Оптимальная организация^процееса функционирования системы транспортных роботов многопроцессной линии 82

  2. Оптимизация очередности обслуживания вызовов транспортным роботом 92

3.3. Принципы построения роботизированного уча
стка мелкосерийного гальванического произ
водства. 108

Выводы 117

ГЛАВА 4. ВОПРОСЫ ПОСТРОЕНИЯ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ МНОГО
ПРОЦЕССНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ 119

4.1. Техническая реализация системы числового
программного управления обработкой деталей
в линии на примере гальванического произ
водства 119

  1. Техническая реализация системы оптимального динамического управления загрузкой многопроцессных линий 131

  2. Развитие средств управления и роботизации гальванических линий. ' . . 137

  3. Использование принципов и технических средств автоматизации гальванических линий

в механообработке 146

Выводы 153

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ' 154

ЛИТЕРАТУРА 159

ПРИЛОЖЕНИЕ I. Внедрение результатов диссертационной работы 168
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Расчет экономической эффективности автома
тизации многопроцессных гальванических ли
ний 178

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Инженерная методика проектирования много
процессных линий гальванопокрытий 181

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Технические средства реализации многопро
цессных линий гальванопокрытий /фото
графии/ 205

Введение к работе:

Современное состояние и актуальность темы» Основным направлением экономического и социального развития СССР, указанным ХХУІ съездом КПСС, является ускорение технического прогресса на основе использования достижений науки и техники, обеспечение широкого применения промышленных роботов, встроенных систем автоматического управления с применением гликропроцеосоров и микро-ЭВМ, создание автоматизированных цехов и заводов 37] . В мелкосерийном и единичном производстве, составляющем в настоящее время свыше 40% общего объема производства [12,27] , автоматизация остается до настоящего времени в ряде случаев научно-технической проблемой. Это определяет первоетепенность и актуальность проблемы автоматизации мелкосерийного и единичного производства.

Создание автоматических технологически гибких и мобильных производств требует разработки специальных математических моделей и методов, учитывающих вероятностный характер потока поотупающи в обработку деталей. Это в полной мере относится к проблеме автоматизации мелкосерийного и единичного производства на уровне технологических линий и, в частности, к задаче создания многопроцессных автоматических линий гальванообработки. Задача автоматизации мелкосерийного и единичного гальванического производства тем более актуальна, что гальваника стала важнейшим технологическим этапом современного производства в таких важных отраслях как электроника, радиотехника, приборостроение.

До настоящего времени основными средствами автоматизации процессов гальванообработки были применяемые в массовом и крупносерийном производствах однопроцессные гальванические линии и построенные на их основе циклограшные гальваноавтоматы. Применение таких автоматов, расчитанных на большую производительность

при ограниченной номенклатуре деталей в мелкосерийном и единичном производства, как правило, нерентабельно ввиду большой номенклатуры и малых объемов производства. Поэтому современное мелкосерийное и единичное производство гальванопокрытий в большинстве случаев представляет из себя отдельные технологические участки целевого назначения: участки хромирования-никелирования, золочения-палладирования и т.д., или многопроцессные участки-линии. Такие участки, как правило, обслуживаются вручную, в лучшем случае, имеют механизированную загрузку ванн.

Актуальность автоматизации мелкосерийного и единичного производства и, в частности, производства гальванопокрытий определяется:

необходимостью существенного повышения производительности многопроцессных линий за счет обеспечения совмещенной обработки поступающих деталей, что требует решения комбинаторной задачи большой размерности и неосуществимо при ручном управлении;

невозможностью обеспечения при ручном обслуживании строго фиксированных технологических режимов и стабильности качества продукции;

требованием существенного снижения доли ручного труда и полного его исключения из условий агрессивных производственных сред;

перспективностью перехода к "безлюдной технологии" с ее

экономическими и социальными факторами.

Основная особенность и трудность автоматизации многономенклатурного мелкосерийного производства заключается в недетерминированном входном потоке деталей, требующих обработки. Известен набор технологических процессов, соответствующих входному потоку деталей, неизвестен график поступления, т.к. нет регулярности чередования техпроцессов на входе. Если пуассоновский поток считать пределом дезинтеграции планируемых процессов, то, как

— 6 —

отмечает Рейниц [51] , именно это имеет место в мелкосерийном и единичном производстве гальванопокрытий, являющимся, как правило, заключительным этапом производственного процесса изготовления деталей. Доказательство пуасооновского характера входного пртока для рассматриваемого производства имеется в работе [581 Такой же результат получен нами при исследовании работы конкретной производственной линии гальванопокрытий. На полученной нами диаграмме (рис.33 отображены колебания суммарных по видам тех-процессов суточных загрузок многопроцессной линии за пять последовательных месяцев года. Если учесть при этом несколько десятков различных техпроцессов - составляющих каждого столбца диаграммы;- особенность задачи представится во всей сложности.

Проблема построения автоматических многопроцессных технологических линий (МТЛ) и, в частности, многопроцессных линий гальванопокрытий, эффективных в условиях нерегламентированного ритма производства, исследована в настоящее время недостаточно.

Основные работы, посвященные принципиальным вопросам построения многопроцессных технологических линий для гальванического производства, принадлежат Б.Н.Малиновскому, А.Н.Струтинскому, А.А.Досковскому, Н.Н.Маслову, Е.И.Боз, Р.Рейниц.

Теоретической базой для решения оптимизационных задач при построении и организации работы автоматизированных многопроцессных технологических линий являются труды Р.В.Конвея, В.Л.Максвелла, Л.В,Миллера, В.С.Танаева, В.В.Шкурбы.

Целью работы является разработка принципов оптимального построения и алгоритмов функционирования многопроцессных автоматических линий в условиях многономенклатурного недетерминированного входного потока, обеспечивающих высокопроизводительную работу линий за счет уплотнения потока обрабатываемых деталей, минимизации времен ожидания запусков деталей в обработку.

- 7 ~

too 80

поступление деталей

і г з

Рис. І. Суточная загрузка МТЛ гальванопокрытий

за пять месяцев

Так как задача автоматизации мелкосерийного и единичного производства гальванопокрытий имеет особую актуальность, все вопросы в работе рассматриваются прежде всего применительно к автоматизации многопроцессных линий гальванопокрытий.

Основными задачами диссертационной работы являются: " - Разработка общих принципов оптимального построения и управления МТЛ в условиях многономенклатурного недетерминированного входного потока деталей, подлеющих обработке,

Разработка алгоритмов оптимальной динамической диспетчеризации МТЛ.

Разработка алгоритмов определения оптимального набора

я» О

станков (ванн) МТЛ,

Разработка алгоритмов максимизации пропускной способности системы межоперационного транспортирования автоматической линии.

Разработка вопросов построения технических средств, обеспечивающих реализацию разработанных принципов и алгоритмов функционирования МТЛ.

Методы исследования. При разработке основных принципов построения и управления, математических моделей функционирования МТЛ, обоснования критерия эффективности использовался математический аппарат теории множеств, теории расписаний, теории массового обслуживания. Алгоритмы оптимальной диспетчеризации разработаны на базе теории расписаний с использованием метода Гантга. Методика определения оптимального набора станков (ванн)' МТЛ бази-руется на использовании имитационного моделирования и алгоритма Форда-Фалкерстона. При исследовании вопросов оптимальной организации системы межоперационного транспортирования использовался математический аппарат теории графов, теории вероятностей. При разработке алгоритмов управления очувствленным роботом был применен математический аппарат теории множеств. Роботизированный участок МТЛ гальванопокрытий рассчитывается как полнодоступная система массового обслуживания. Научная новизна.

  1. Обоснована на базе теории расписаний организация работн многопроцессной АЛ, не требующая предварительного планирования загрузки и жесткого ритма. АЛ функционирует как полнодоступная система массового обслуживания (GM0), осуществляя совмещенную обработку в одном потоке деталей различных техпроцессов в динамике их поступления на вход линии.

  2. Предложена методика построения АЛ как комплекса асинхронно функционирующих подсистем, что позволяет при ее проектировании

оптимизировать каждую из подсистем раздельно. Определено условие обеспечения проектируемой загрузки станков( ванн) транспортной системой и управления ими в реальном масштабе времени работы линии.

3. Разработана методика оптимальной динамической диспетчери
зации на основе динамической модели текущего состояния линии, по
зволяющая решать комбинаторную задачу большой размерности микро
процессорными средствами в процессе поступления деталей.

  1. Построена математическая модель универсальной транспортной системы, обеспечивающая проектирование АЛ требуемой производительности. Система организуется как полнодоступная СМО и реализуется на базе транспортных роботов с бортовыми системами ЧПУ-.Исследованы и определены возможности оптимизации функционирования транспортной системы.

  2. Разработана методика управления многопроцессной АЛ, исключающая необходимость синхронизации технологических и транспортных операций. Предусматривается последовательное в реальном масштабе времени решение задач:

определение множества допустимых управлений входом линии;

Еыбор наилучшего в данный момент управления - загрузки предпочтительной детали;

обеспечение межоперационного транспортирования всех запускаемых в линию деталей по индивидуальным техмаршрутам;

задание режимов обработки на технологических операциях и контроль их длительности.

Практическая ценность.

  1. Разработана и представлена на конкретном техническом примере инженерная методика оптимального построения многопроцессных АЛ требуемой производительности.

  2. Определена функциональная зависимость длительности произ-

водсгвенного цикла в многопроцессной линии от количества деталей в лишш, входном накопителе (складе), продолжительности технологических и транспортных операцийобеспечивающая ее просчет для каждой поступающей во входной накопитель детали.

3# Разработаны алгоритмы оптимальной динамической диспетчеризации для управления загрузкой многопроцессных АЛ. Построены и программно обеспечены:

специализированный дисплей, отображающий динамическую модель текущего состояния линии;

микропроцессорный автодиспетчер, осуществляющий оптимальное управление загрузкой многопроцессной АЛ в условиях многономенклатурного недетерминированного входного потока - решение комбинаторной задачи оптимальной диспетчеризации большой размерности в реальном масштабе времени работы АЛ.

4. Разработаны, изготовлены и внедрены в производство различные модификации систем ЧПУ многопроцессными линиями гальванопокрытий, обеспечивающие совмещенную обработку в одном потоке деталей различных техпроцессов.

5. Создан принципиально новый автономно функционирующих транспортный робот с бортовой системой ЧПУ, содержащей программы всех реализуемых в линии техпроцессов, выбираемые по кодам, считываемым роботом со спутников обрабатываемых деталей. Робот обеспечивает одновременную совмещенную обработку до 7 деталей по'индивидуальным техмаршрутам и задание режимов технологических операций, осуществляемое с помощью тракта локальной инфракрасной связи при подходе робота к позиции технологической обработки. Имеются системы самодиагностики, распознавания аварийных ситаций, восстановления прерванного автоматического режима.

Универсальность и высокая скорость перемещений определяют широкое применение робота в производствах "безлюдной технологии".

- II -

  1. Создан экспериментальный образец автономного транспортного робота с бортовой системой ориентации и оптимизации обслуживания вызовов на транспортирование, фиксируемых инфракрасными приемниками робота.

  2. Определена возможность объединения многопроцессных линий гальванопокрытия и автоматический участок. Загрузку линий и связь их со складом осуществляет автономный транспортный робот. Получена математическая модель транспортной системы участка,определяющая число линий, обслуживаемых одним роботом.

На защиту выдвигаются:

  1. Математические модели и методика оптимального построения автоматических линий, обрабатьшающих многономенклатурный недетерминированный поток деталей.

  2. Методика оптимального управления многопроцессной автомагической линией без предварительного планирования загрузки и задания ритма работы.

  3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по оптимальной динамической диспетчеризации.

  4. Методика оптимального построения и функционирования транспортной системы на основе промышленных роботов с бортовой системой W.

  5. Методика построения системы управления гибкой линии с алгоритмами и блок-схемами.

  6. Инженерная методика расчета оборудования и транспортной системы многопроцессной линии, обеспечивающая ее оптимальность в условиях многономенклатурного недетерминированного входного потока.

Содержание диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения.

В первой главе анализируются известные принципы и алгорит-

мы, определяющие построение и работу МТЛ. При этом недостаточная изученность специфических условий мелкосерийного и единичного производства, отсутствие математических моделей и критериев оценки эффективности технических систем, функционирующих в условиях многономенклатурного недетерминированного входного потока, не позволяют объединять в одной линии целесообразное количество техпроцессов. Показано, что несоответствие технических возможностей известных МТЛ задачам современной промышленности определяет низкий уровень автоматизации мелкосерийного и единичного производства. В качестве итога анализа предлагается эффективная,по мнению автора, организация функционирования МТЛ в условиях мелкосерийного и единичного производства.

Вторая глава посвящена исследованию вопросов оптимального построения и функционирования МТЛ, работающих в условиях многономенклатурного недетерминированного входного потока. Разрабатываются основные принципы построения и управления, обеспечивающие создание технологически гибких й высокопроизводительных МТЛ. Строятся необходимые математические модели функционирования МТЛ, обосновывается критерий, позволяющий оценивать эффективность работы многопроцессной линии в условиях многономенклатурного недетерминированного входного потока деталей. Разрабатывается математическая модель транспортной системы МТЛ. Определяется оптимальное соотношение параметров производительности подсистем МТЛ, обеспечивающее, проектируемую загрузку ее станков (ванн) транспортной системой и управление ями в реальном масштабе временя работы линии. Исследуются вопросы оптимального управления загрузкай МТЛ в условиях многономенклатурного недетерминированного входного потока. Разрабатывается матричная форма динамической модели текущего состояния МТЛ, алгоритмы определения возможности запуска деталей в линию. Анализируются результаты экспериментальных иссле-

- ІЗ -

дований по оптимизации загрузки МТЛ, разрабатываются алгоритмы оптимальной динамической диспетчеризации. Анализируется эффективность разработанных алгоритмов оптимизации.

Основное содержание главы отражено в работах: [67, 71', 72*1 В третьей главе рассматриваются вопросы оптимизации систем обработки деталей в автоматической линии и участке. Разрабатывается методика определения оптимального набора станков (ванн) МТЛ при ожидаемой интенсивности входного потока по каждому техпроцессу и известных длительностях обработки на станке каждого типа 'и ограничении общего количества станков линии. Исследуются возможности максимизации пропускной способности системы межолерационного транспортирования за счет обеспечения оптимальной организации процесса обслуживания роботами вызовов, Исследуются различные организации, определяется среднестатистическая величина транспортного цикла, условие оптимальной разбивки линии на зоны действия транспортных роботов. Ставится и решается задача установления оптимальной очередности обслуживания вызовов на транспортирование при их одновременном поступлении.- Рассматривается возможность минимизации длительности транспортного цикла за счет увеличения маршевой скорости перемещений. Определяются принципы построения роботизированного участка автоматических линий гальванопокрытий, решаются вопросы оптимизации работы ее транспортной системы. Разрабатывается математическая модель, определяющая максимальное число линий участка, обслуживаемых одним транспортным роботом.

Основное содержание главы отражено в работах:[ЗО, 68І в четвертой главе рассматриваются основные вопросы технической реализации МТЛ на основе разработанных принципов и алгоритмов. Представлены принципы и алгоритмы функционирования средств автоматизации МТЛ: системы ЧПУ линиями гальванопокрытий, бортовой

системы ЧПУ транспортного робота, автоматизированного и автоматического диспетчера МТЛ. Дан анализ развития средств управления и роботизации гальванических линий. Рассмотрена принципиальная возможность построения технологически гибкой линии механообработки на базе разработанных принципов и технических средств автоматизации гальванических линий.

Основное содержание главы отражено в работах:[31, 62, 63, 69, 70, 73, 741 .


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net