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
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Ишков Павел Николаевич. Интегрированная автоматизированная система управления производством пластмассовых изделий с совмещенными зонами обслуживания : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 : Курск, 2003 215 c. РГБ ОД, 61:04-5/1278

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

1. Современное состояние и проблемы развития АСУ ТП ... 16

  1. Основные этапы развития систем автоматизации производственных процессов 16

  2. Основные проблемы создания современных АСУ ТП .... 36

  3. Производство пластмассовых изделий как объект автоматизации 41

  1. Основные технологии переработки пластмасс 41

  2. Основные характеристики объекта автоматизации в целом . .51

  3. Задачи и функции АСУ ТП производства пластмассовых изделий, основные нерешенные проблемы 53

1.4. Цель и основные задачи диссертационной работы 59

2. Выбор архитектуры и разработка технических средств
АСУТП
63

  1. Выбор архитектуры АСУ ТП и топологии локальной информационно-управляющей сети 63

  2. Построение каналов измерения температуры 69

  3. Разработка периферийных и групповых контроллеров .... 72

  1. Периферийный контроллер 72

  2. Групповой контроллер 76

3. Математическое моделирование основных задач
оперативного планирования и управления интегрированной АСУ
производства пластмассовых изделий
80

3.1. Определение оптимальных зон обслуживания и составление
календарного графика их работы (оптимизация организации
производственного процесса прессования изделий) 80

3.1.1. Описание и формализация задачи 80

  1. Выбор математического аппарата для решения задачи ... 85

  2. Формирование минимального числа зон обслуживания» необходимых для выполнения месячной программы 93

  3. Составление оптимального календарного (посменного) графика загрузки прессов 99

  4. Экспериментальная проверка алгоритма и проверка эффективности предложенного метода 103

3.2. Задачи диспетчеризации производства 111

  1. Накапливаемые данные о ходе производства 111

  2. Отображение хода производственного процесса на рабочих станциях диспетчера, технолога и администрации 115

3.3. Задачи автоматизации участка таблетирования 117

  1. Общее описание задач 117

  2. Определение оптимальной номенклатуры типономиналов таблеток 122

  3. Стабилизация массы прессуемых таблеток 125

  4. Оперативное планирование работы участка таблетирования 126

3.3.5. Разработка совмещенного таблеточного контроллера . . . 128
4. Оптимизация режимов прессования 138

  1. Выбор технологических режимов прессования и возможные подходы к его оптимизации 138

  2. Планирование активных экспериментов по поиску оптимальных режимов прессования 147

  1. Формализация задачи 147

  2. Математический аппарат обработки результатов многофакторного эксперимента и дробный факторный эксперимент . . 159

  3. Построение комплексного критерия оптимизации .... 169

4.3. Построение экспертной системы для определения
оптимальных режимов прессования 174

4.3.1. Современное состояние и области применения
экспертных систем

4.3.2. Выбор и описание прототипнои экспертной системы

Заключение

Литература

Список публикаций П. Н. Ишкова по теме диссертации . .
Приложения

Введение к работе:

Актуальность темы диссертационной работы. Массовое применение пластмассовых изделий и деталей в приборостроении, машиностроении, электротехнике, радиоэлектронике, бытовой технике и других отраслях промышленности привело к тому, что цехи или участки производства пластмассовых изделий имеются почти на каждом промышленном предприятии. Основное технологическое оборудование этих производств (прессы и литьевые машины) на большинстве российских предприятий в силу известных причин уже давно не обновлялось и оснащено устаревшими системами локальной автоматики, которые не могут обеспечить стабильного качества продукции и не приспособлены к подключению к централизованной системе управления. В большинстве случаев прессы и литьевые машины оборудованы аналоговыми системами локальной автоматики, состоящими из автоматических регистрирующих приборов, которые в комплекте со стандартными промышленными термопарами или термометрами сопротивления измеряют, регистрируют и поддерживают на заданном уровне (осуществляя двухпозиционное регулирование) температуру в двух или более точках (на верхней и нижней нагревательных плитах, к которым крепятся соответствующие половины прессформ (или литьевых форм), а также из конечных выключателей, подтверждающих исполнение команд на смыкание и размыкание прессформы, регулируемых реле времени различных конструкций, осуществляющих заданную выдержку времени отверждения, и устройств блокировки, обеспечивающих безопасность работы.

Такие системы автоматики не позволяют регистрировать циклограмму технологического процесса (время выдержки и время выполнения подготовительных операций), а потому не могут гарантировать строгое выполнение предписанных технологических режимов. Наиболее частым нарушением является досрочное размыкание пресса рабочим-оператором с целью увеличения выработки. Такие нарушения никак не контролируются и не регистрируются,

что неизбежно приводит к нарушениям технологического цикла и снижению качества продукции. Кроме того, отсутствие централизованного контроля затрудняют учет количества изготовленной продукции и расхода сырья, диспетчеризацию производства, подсчет сменной выработки каждого рабочего, что в итоге приводит к низкой эффективности управления цехом (или участком) производства пластмассовых изделий. Кроме того, такие средства автоматики являются недостаточно надежными (особенно аналоговые автоматические регистрирующие приборы) и неэффективными с точки зрения оперативного управления производством. Первое приводит к тому, что для поддержания этих систем в работоспособном состоянии приходится содержать мощную службу КИПиА и нести существенные затраты на ремонт и замену износившегося контрольно-измерительного оборудования (включая сюда и регулярные поверки всего парка эксплуатируемых контрольно-измерительных средств и реле времени). Второе является следствием отсутствия централизованного контроля, что затрудняет слежение за выполнением технологических режимов. Для проверки правильности установки уставок по температуре технолог вынужден обойти все рабочие места, а соблюдение выдержек времени он вообще проконтролировать не может. Такое положение приводит к частым нарушениям технологической дисциплины, что, естественно, приводит к снижению качества продукции. Кроме того, отсутствие централизованной системы управления, как уже было сказано, затрудняет оперативное управление производством, что в условиях широкой номенклатуры выпускаемых изделий (которая, как правило, многократно превышает число установленных единиц основного оборудования) существенно снижает эффективность производства.

Все эти причины и являются основными стимулами к созданию централизованных автоматизированных систем управления производством пластмассовых изделий. Однако, при попытках решения этой проблемы российские предприятия сталкиваются с весьма серьезными трудностями. Эти трудности, с одной стороны, обусловлены отсутствием на российских предприятиях ин-

*

теллектуальных периферийных средств автоматики с цифровым выходом. Это вынуждает либо оборудовать каждую единицу основного технологического оборудования периферийным контроллером, либо использовать только групповые контроллеры, обслуживающие группу компактно расположенных единиц основного технологического оборудования. Но тогда приходится прокладывать к ним многочисленные многопроводные линии связи от каждой единицы оборудования (причем большинство информационных сигналов являются аналоговыми микромощными сигналами от термопар или термометров сопротивления, которые весьма чувствительны к помехам). Стремление повысить надежность системы диктует первый путь. Но он весьма дорог, поскольку современные промышленные контроллеры стоят от 300 до 3000 долларов.

С другой стороны, функции, которые должна выполнять автоматизированная система управления производством пластмассовых изделий, отнюдь не исчерпываются теми функциями, которые в настоящее время выполняются локальными средствами автоматики, а именно:

система должна обеспечивать функции централизованного оперативного контроля, регистрации и наглядного отображения текущей технологической информации по каждой единице оборудования;

она должна обеспечивать текущий и накопительный учет результатов производства, расхода сырья и энергетических ресурсов;

должны учитываться результаты и качество труда каждого основного рабочего;

должен автоматически регистрироваться выработанный ресурс каждой единицы технологической оснастки (прессформ) и основного оборудования;

система должна выполнять функции автоматизированного оперативного и диспетчерского управления производством, что в условиях широкой номенклатуры производимой продукции, различной длительности технологических циклов разных изделий и совмещенных зон обслуживания основного технологического оборудования становится нетривиальной задачей.

Кроме того, возникает очень важная задача определения оптимальных технологических режимов изготовления конкретных изделий в условиях нестабильности свойств исходного сырья. Последняя задача весьма важна как с точки зрения обеспечения высокого качества изделий, так и с точки зрения повышения экономичности производства. В самом деле, совершенно очевидно, что качество изделий напрямую зависит от правильного выбора технологии изготовления и технологических режимов (температуры и давления при различных фазах технологического цикла и времени отверждения). Если исключить протяженные изделия, получаемые методом экструзии (трубы, профили, полосы, листы, пленки) и объемные изделия, получаемые методом экструзии с раздуванием (бутылки, канистры и другие емкости), то могут применяться три основных технологии: прямое прессование, литьевое прессование и литье под давлением. Каждая из этих технологий имеет свои преимущества и недостатки. Поэтому выбор технологии далеко не всегда однозначен. Кроме того, каждая из технологий допускает широкий диапазон технологических режимов. Между тем, не существует математических моделей и соответствующих им детерминированных алгоритмов, позволяющих даже в рамках одной выбранной технологии определять оптимальные технологические режимы для изготовления изделий заданной конфигурации из заданного материала. Существуют лишь достаточно общие рекомендации по выбору этих режимов в зависимости от свойств сырья, конфигурации и массы изделий. В рамках этих рекомендаций возможно множество вариантов технологических режимов. Их можно задавать различными сочетаниями температуры и удельного давления при различных фазах рабочего цикла, длительности выдержки и конструктив-* ными особенностями прессформ (или литьевых форм). Окончательно выбранный режим доводится опытным путем, пока не будет достигнуто стабильное качество изделий. При этом нет никакой гарантии, что найденный таким путем вариант технологии является оптимальным по производительности (длительности рабочего цикла) и энергоемкости. Более того, сам процесс опытной от-

работки технологических режимов, обеспечивающих удовлетворительное качество продукции, особенно для тонкостенных изделий сложной конфигурации, является длительным и трудоемким. А степень оптимальности найденного таким путем режима остается неизвестной и зависит от опыта и интуиции технолога. Кроме того, ввиду нестабильности свойств сырья, довольно часто приходится корректировать технологические режимы даже при производстве одних и тех же изделий. Учитывая, что показатели качества готовых изделий трудно объективно оценить количественно, а со свойствами сырья и параметрами технологического режима (температурой, удельным давлением и выдержкой отверждения), а также конструктивными особенностями самих изделий и прессформ они связаны весьма сложным и, повидимому, неоднозначным образом, вряд ли можно надеяться на возможность построения детерминированных математических моделей производства пластмассовых изделий, с помощью которых можно было бы однозначно выбирать технологические режимы. Таким образом, данную задачу следует отнести к числу слабо структурированных и плохо формализуемых задач. Без знаний, опыта и интуиции технолога обойтись при ее решении невозможно. Однако помочь технологу принять правильное решение, обсчитать энергоемкость и производительность альтернативных вариантов технологических режимов и максимально уменьшить затраты времени и средств на экспериментальную доводку выбранной технологии вполне возможно. Такая задача типична для экспертных систем и других форм искусственного интеллекта, которые работают на основе не математических, а эвристических моделей.

Правда, примеры применения подобных систем в промышленности не только в нашей стране, но и за рубежом пока очень редки, а в производстве пластмассовых изделий вообще отсутствуют. Тем не менее, это весьма благодарная задача, поскольку ее решение позволит не только существенно повысить эффективность производства пластмассовых изделий, но и создаст прецедент внедрения элементов искусственного интеллекта в промышленные сис-

темы автоматизации технологических процессов, где весьма часто встречаются слабо структурированные и плохо формализуемые задачи.

Таким образом, создание интегрированной автоматизированной системы производства пластмассовых изделий, выполняющей все перечисленные дополнительные функции, является актуальной задачей, решение которой позволит существенно повысить эффективность одного из самых массовых видов производств.

Цель и основные задачи работы. Целью диссертационной работы является комплексное решение задач, связанных с созданием автоматизированной интегрированной системы управления производством пластмассовых изделий, позволяющей существенно повысить эффективность производства за счет повышения производительности основного технологического оборудования, экономии сырья и энергетических ресурсов при обеспечении высокого качества продукции.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

  1. С позиций системного подхода и с учетом реальных возможностей предприятия определен перечень функций автоматизированной интегрированной системы управления цехом пластмассовых изделий, охватывающий не только основной технологический процесс, но и подготовительное производство (таблетирование пресс-порошков).

  2. Проведен рациональный выбор топологии локальной информационно-управляющей сети этой системы и программно-технических средств для ее реализации, обеспечивающих выполнение всех необходимых функций при минимуме капитальных затрат.

3. Проведен выбор наиболее адекватного метода решения задачи оптимального оперативного планирования и организации производства дискретно-периодического характера с совмещаемыми зонами обслуживания и разработан оригинальный алгоритм, обеспечивающий поддержку принимаемых решений.

4. С использованием методов математического планирования активного
много факторного эксперимента созданы алгоритмические и программные
средства поддержки при проведении экспериментальной доводки технологи
ческих режимов прессования пластмассовых изделий при вариациях свойств
сырья и освоении производства новых изделий.

5. Разработана прототипная проблемно-ориентированная экспертная
система для решения задач поиска оптимальных технологических режимов из
готовления пластмассовых изделий заданной конфигурации из заданного ма
териала и их корректировки при нестабильности свойств сырья.

6. Осуществлена техническая реализация первой очереди автоматизиро
ванной интефированнои системы управления производством пластмассовых
изделий на Курском ОАО «Электроаппарат».

Методы исследований. Для решения вышеуказанных задач использовались следующие методы исследований:

системный подход и системный анализ всей проблемы;

методы линейного профаммирования и комбинаторики для решения задач оптимального оперативного планирования производства в условиях совмещения зон обслуживания основного технологического оборудования;

методы математического планирования активного многофакторного эксперимента;

методы искусственного интеллекта для решения слабо структурированных и плохо формализуемых задач;

- экспериментальные методы исследования.
Научная новизна.

1. Впервые с позиций системного подхода сформулирован рациональный перечень задач и функций интефированнои автоматизированной системы управления производством пластмассовых изделий в условиях широкой номенклатуры производимой продукции и совмещенных зон обслуживания основного технологического оборудования.

  1. Проведен теоретический анализ пригодности методов линейного программирования и комбинаторики для решения задачи оптимальной организации и* оперативного планирования производства пластмассовых изделий в условиях широкой номенклатуры продукции и совмещенных зон обслуживания основного технологического оборудования и разработан оригинальный алгоритм решения этой задачи, базирующийся на минимизации переборов с учетом совместимости циклограмм технологических процессов прессования различных изделий.

  2. Впервые предложены критерии и методика количественной оценки качества пластмассовых изделий и эффективности технологического процесса их производства, на основе которых разработаны программные средства поддержки при экспериментальном поиске оптимальных технологических режимов прессования. ;

  3. Обоснована необходимость и разработана прототипная экспертная система как составная часть интегрированной автоматизированной системы управления производством пластмассовых изделий для решения плохо форма-лизуе.мых задач поиска оптимальных технологических режимов производства пластмассовых изделий.

Практическая ценность. Практическая ценность диссертационной работы состоит в:

- разработке комплекса программно-технических средств интегрированной автоматизированной системы управления производством пластмассовых изделий, обеспечивающих выполнение всех необходимых функций при минимизации капитальных затрат и учитывающих требования легкой расширяемости системы и сопряжения с общей корпоративной управляющей сетью предприятия, включая разработку специализированных восьмиразрядных периферийных и групповых контроллеров, стоимость которых на порядок ниже стоимости серийно выпускаемых промышленных контроллеров;

- экспериментальном подтверждении высокой экономической эффек
тивности разработанного алгоритма и реализующих его программных средств
для оптимизации оперативного планирования и организации производства
дискретно-периодического характера в условиях широкой номенклатуры вы
пускаемой продукции и совмещенных зонах обслуживания основного техно
логического оборудования;

- разработке рационального ряда типономиналов таблеток пресс-
материала, обеспечивающего возможность исключить операцию взвешивания
дозы пресс-материала при загрузке прессформ;

разработке технических предложений по автоматизации подготовительного производства (таблетирования пресс-материала);

внедрении первой очереди системы на Курском ОАО «Электроаппарат».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Перечень задач и функций интегрированной автоматизированной сис
темы управления производством пластмассовых изделий, сформулированный
с позиций системного подхода с учетом дальнейшей интеграции с корпора
тивной информационно-управляющей системой предприятия.

2. Программно-технические средства для реализации интегрированной
автоматизированной системы, обеспечивающие выполнение всех ее функций
при минимизации капитальных затрат и учитывающие реальный технический
уровень и возможности российских предприятий.

  1. Алгоритмическая модель для решения задачи оптимального оперативного планирования и организации производства дискретно-периодического характера в условиях широкой номенклатуры продукции и совмещаемых зон обслуживания основного технологического оборудования.

  2. Критерии и методика количественной оценки качества пластмассовых изделий и эффективности технологического регламента их производства и применение их для поиска оптимальных технологических режимов с исполь-

зованием методов оптимального планирования активного многофакторного эксперимента.

5. Прототипная экспертная система как составная часть интегрированной автоматизированной системы управления производством пластмассовых изделий для решения плохо формализуемых задач поиска оптимальных технологических режимов производства пластмассовых изделий.

Реализация и внедрение результатов исследований.

  1. Спроектирована, изготовлена и смонтирована в цехе пластмассовых изделий Курского ОАО «Электроаппарат» первая очередь программно-технических средств интегрированной системы управления, включающая локальную информационно-управляющую сеть, охватывающую периферийные и групповые контроллеры, управляющие прессовым оборудованием, и центральную диспетчерско-технологическую станцию. В настоящее время проводится ее опытная эксплуатация.

  2. Проведено опробование в цеховых условиях программного комплекса верхнего уровня по оптимальной организации и оперативному планированию производства, которое показало возможность при его внедрении повышения производительности труда и экономии энергетических ресурсов не менее, чем на 25 % при сокращении парка основного технологического оборудования не менее, чем на 30 %.

  3. Проведено опробование в цеховых условиях программных комплексов верхнего уровня для поиска оптимальных технологических режимов прессования пластмассовых изделий при освоении новых видов продукции и коррекции технологических режимов при отклонениях свойств сырья, которое показало перспективность данного направления работ и подтвердило основные концепции, на которых они базировались.

  4. Проведено планирование работ и разработка технического задания на проектирование второй и третьей очередей данной системы, которые должны охватить участок таблетирования, участок термопластавтоматов и программ-

ные комплексы верхнего уровня. Завершение всех работ по внедрению системы планируется к концу 2005 г.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на 5-й Международной конф. «Распознавание 2001» (Курск, 2001), на 2-й Международной научно-технической конференции «Информационная техника и электромеханика — ИТЭМ - 2003» (Луганск, 2003) и на IV Международной научно-технической конференции «Кибернетика и технологии XXI века» (Воронеж, 2003), а также на НТС Курского ОАО «Электроаппарат» и расширенном научно-техническом семинаре кафедры «Конструирование и технология электронно-вычислительных средств» Курского государственного технического университета.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 научных статей и докладов, из них 5 в центральных журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х разделов и заключения, изложенных на 170 страницах текста, списка литературы из 60 наименований, 9 рисунков, 10 таблиц и трех приложений.

Подобные работы
Мырзин Глеб Семенович
Автоматизация и управление процессом технического обслуживания системы технологических трубопроводов
Луконин Александр Александрович
Управление технологическим процессом совмещенной термообработки алюминиевой проволоки в производстве кабельных изделий
Быковский Валерий Петрович
Исследование и разработка аппаратно-программных средств повышения качества фунционирования автоматизированных систем массового обслуживания
Портнягин Алексей Леонидович
Совершенствование методов анализа процессов ремонтно-технического обслуживания скважинных систем нефтепромысла
Пультяков Андрей Владимирович
Дифференцированная система технического обслуживания и ремонта напольных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики по степени расходования их ресурса
Мубарак Махамад Юсеф
Автоматизированная система управления региональным сервисным обслуживанием полиграфического оборудования
Соколова Лина Викторовна
Автоматизированная система обработки информации и управления предприятием по сервисному обслуживанию дорожно-строительной техники
Лесков Евгений Евгеньевич
Оптимизация и управление мембранными системами
Форсов Георгий Львович
Адаптивное управление качеством функционирования системы технического диагностирования гибридных объектов
Лихтер Анатолий Михайлович
Управление биофизическими процессами в системах лова рыбы

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