Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Исследование и оптимизация работы сборочно-сварочных робототехнологических систем методом имитационного моделирования : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.05

Год: 2005

Номер работы: 92056

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. Для Российской промышленности проблема проектирования производственного предприятия в настоящее время выходит на новый качественный уровень. Это в первую очередь ужесточением связано с условий конкурентной торговли на внутреннем рынке, обусловленным импортом высоких технологий, капитала и, как следствие, развитием рентабельных производств современных высокотехнологичных товаров. Подтверждением системности этого процесса является его государственная поддержка и

- Каким техническим требованиям должно отвечать приобретаемое технологическое оборудование? - Как его объединить в производственный комплекс? - Как организовать работу персонала? - Выйдет ли производство на проектную мощность и обеспечит ли требуемую гибкость? - Какими должны быть такты автоматических сборочно-сварочных линий? - Какого размера должны быть склады и накопители? - Каков оптимальный уровень партий запуска однотипной продукции в производство? Существует множество способов получени

ГЛАВА.1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫХ РТС В этой главе мы рассмотрим существующие технологии исследования систем, проблемы и тенденции в вопросах анализа и оптимизации сборочносварочных РТС, а также определим роль. имитационного моделирования в этих процессах и преимущества его использования. Правильная постановка и решение любой задачи моделирования невозможны без четкого определения таких понятий как процесс, система, модель. Системой будем называть объект

На сегодня компании, занятые в промышленном производстве, сталкиваются с продиктованной конкурентными условиями необходимостью повышать качество продукции, снижать затраты и сокращать время вывода новой продукции на рынок. Для выполнения этих требований многие предприятия используют компьютеризированные инструменты организации и интеграции технологических процессов [66, 91]. Многиекрупные предприятия^ уже вложили капитал в системы автоматизированного проектирования и производства (САБ/САМ),

В современных робототехнологических системах используются сложнейшие промышленные сооружения и комплексы машин, агрегатов, приборов, коммуникаций и т.п. Автоматизированные системы производства и управления создаются на базе промышленной автоматики, электроники и вычислительной техники. При проектировании таких сложных объектов возникают многочисленные задачи, требующие исследования количественных и качественных закономерностей их функционирования. Для этой цели используются математическ

В зависимости от характера изучаемых процессов в системе все виды моделирования могут быть разделены на детерминированные и стохастические, статические и динамические, дискретные, непрерывные и дискретно-непрерывные (Рис. 2). Моделирование систем I Детерминированно I Статическое Дискретнонепрерывное Стохастическое Динамическое Дискретное Непрерывное Мысленное Наглядное Символическое Математическое Реальное Натурное Физическое I ю « V о. I о о. па а и И РИС. 2. Классификация ви

Исторически первым сложился аналитический подход к исследованию систем, когда ЭВМ использовалась в качестве вычислителя по аналитическим зависимостям. Анализ характеристик процессов в больших системах с помощью обычно только на аналитических методов исследования приводящие к наталкивается значительные трудности, необходимости существенного упрощения моделей либо на этапе их построения, либо в процессе работы с моделью, что может привести к получению недостоверных результатов. Поэтому в

Имитировать, согласно словарю Вебстера, значит "вообразить, постичь суть явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте" [105]. По существу, каждая модель или представление вещи средствами, отличными от ее реального содержания есть форма имитации. Имитационное моделирование является весьма широким и недостаточно четко определенным понятием, имеющим очень большое значение для лиц, ответственных за создание и функционирование практически любых систем. Вместе с тем, сама иде

Среди методов прикладного самым системного анализа и имитационное эффективным моделирование является перспективным инструментом проектирования и исследования сложных систем, управление которыми связано с принятием решений в условиях неопределенности. По сравнению с другими методами такое моделирование позволяет рассматривать большое число альтернатив, улучшать качество проектных решений и точнее прогнозировать их последствия. Метод имитационного моделирования позволяет решать задачи

1.2.5. Обзор программных средств имитационного моделирования Рассмотрим основные пакеты прикладных программ имитационного моделирования, доступные на сегодняшний день на мировом рынке. Все рассматриваемые программные продукты обладают одной главной общей чертой: они моделируют работу построенной модели. Но у всех есть свои отличия: в способах создания модели, в нюансах процесса итеративных расчетов и т.п.. В таблице 2 приведено сравнение программных продуктов, предназначенных для разработки

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ СБОРОЧНОСВАРОЧНЫХ РТС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Перед предлагаемой методикой ставится задача достижения одной или всех следующих конечных целей: повышение или обеспечение заданной производительности; снижение капитальных затрат на внедрение производственного комплекса;

- сокращение общей длительности процесса;

- снижение затрат на хранение товарно-материальных запасов, сокращение объема незавершенного производства;

- сокраще

Для моделирования необходимо создать модель и провести ее исследование. Перед созданием модели требуется конкретизировать цели моделирования. После исследования надо выполнить обработку и анализ результатов моделирования. Процесс создания моделей проходит несколько стадий. Он начинается с обследования реальной или изучения проектируемой системы, ее внутренней структуры и содержания взаимосвязей между ее элементами, а также внешних воздействий и завершается разработкой модели. В укрупненном

Учитывая размерность и сложность организации типовых сборочносварочных РТС, представляется целесообразным производить исследование их работы поэтапно. Модифицируем общую схему имитационного моделирования, представленную на рис. 6, для использования ее при исследованиях сборочно-сварочных РТС: Проектирование технологической схемы РТС Выделение в системе концептуального уровня и уровня оборудования Определение направления оптимизации системы Подготовка исходных данных щ^ш | Проектирование РТ

2.2.1. Проектирование технологической схемы сборочносварочных РТС Фундаментом технология эффективной производственной изделия. В том системы если является основные изготовления случае, технологические процессы выбраны и упорядочены неэффективно, весьма тяжело добиться хороших результатов по производительности системы, ГОСУДЛРСТППМНЛЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА синхронности работы производственных подразделений, равномерности загрузки оборудования. Однако выбор технологической схемы изготов

Выделим основные проблемы, которые решаются при исследованиях производственных систем. Некоторые из вопросов встают на этапе проектирования и разработки новых производств, другие необходимо решить для обеспечения бесперебойной работы комплексов, третьи призваны решить текущие организационно-производственные вопросы. Эти проблемы можно классифицировать по степени их значимости применительно к жизненному циклу производственной системы: 1. Определение потребности в количестве производственных р

Для проведения исследования необходимы следующие данные по сборочно-сварочным РТС: - Структура РТС. Под структурой подразумевается обобщенное блочное деление оборудования, входящего технологические участки, в состав РТС, на самостоятельные условно-непрерывные выполняющие технологические процессы. Под такими блоками могут подразумеваться отдельные сборочные и сварочные линии, площадки, складские механизмы, мощности и территории, транспортные подсистемы, каждая из которых выполняет вполне о

2.3.1. Концептуальный уровень и уровень оборудования При описании особенностей сборочно-сварочных РТС среди прочих мы выделили высокую размерность элементной базы систем (тысячи элементов оборудования), высокую сложность и многовариантность логики функционирования систем, дискретный характер производства. Моделирование подобных систем как единого целого с высокой степенью детализации представляется чрезвычайно трудоемкой и неэффективной задачей. С.Л. Зенкевич и А.С. Ющенко описывают иерарх

Прежде чем перейти к описанию математической модели, необходимо определить параметры системы. Конечной целью этого подэтапа является подготовка к построению формальной модели системы, для чего необходимо рассмотрение всех параметров и переменных модели и оценка степени их влияния на процесс функционирования системы в целом. Б.Я. Советов [69] предлагает описывать каждый параметр и переменную в следующей форме: определение и краткая характеристика; символ обозначения и единица измерения; - ди

Для необходимо оценки процесса функционирования моделируемой выбрать некоторую совокупность критериев системы оценки эффективности, т. е. в математической постановке задача сводится к получению соотношения для оценки эффективности как функции параметров и переменных системы. Эта функция представляет собой поверхность отклика в исследуемой области изменения параметров и переменных и позволяет определить реакцию системы. Эффективность такой сложной системы, какой является сборочно-сварочная

Первым шагом при построении имитационной модели является построение внутренней структуры модели на основе априорной информации, прошлых исследований и существующих теорий. Любая сложная имитационная модель состоит из большого числа простых моделей. Имитируемые этими простыми моделями процессы обычно хорошо определены и понятны. Однако при объединении их в сложную совокупность большое число вариантов возможных взаимодействий делает понимание поведения всей системы затруднительным. Поэтому перв

Второй шаг также связан с определением структуры модели и состоит в разработке модели на базе сформированных элементарных объектов РТС. Процесс создания имитационной модели уникален и не поддается строгой формализации, однако можно выделить обязательные ее составляющие. Все дискретно-событийные имитационные модели (как мы определили, сборочно-сварочные РТС удобнее всего исследовать с позиции дискретно-событийных Логическая моделей) этих и включают компонентов последующее ряд общих компонент

2.4.3. Контроль адекватности работы моделей При использовании имитационного моделирования для изучения сложных систем возникают различного рода ошибки, которые могут привести к неверным выводам. Ошибки возникают:

- при построении модели;

- при программировании; в используемых данных; в использовании модели; в интерпретации результатов. В процессе построения и применения модели мы должны помнить о возможности появления таких ошибок и делать все возможное, чтобы избегать их. Так

Данный параграф посвящен выбору схемы исследования на модели или, другими словами, планированию экспериментов. На предыдущих этапах методики мы определили целевое направление оптимизации системы, отобрали факторы и сформировали факторное пространство, составили критерии оценки эффективности системы, построили имитационную модель РТС. Теперь нам предстоит определить правила эксплуатации нашей имитационной модели. Эксперименты проектировании с моделью с системы целью при ее исследовании информ

Экспертный подход. На рис. 10 приведена схема поиска оптимума при исследовании РТС с помощью экспертного подхода. Начальные уровни факторов Единичный эксперимент (серия экспериментов) Количественная и качественная оценка откликов: 1. Производительность 2. Блокировка оборудования 3. Загрузка накопителей Корректировка значений свободно избранных факторов Отклики приемлемы? Рис. 10. Схема поиска оптимума при исследовании РТС с помощью экспертного подхода Первым шагом реализации эксперимента

В данном параграфе мы рассмотрим вопросы интерпретации аспекты, результатов моделирования. Выделим наиболее важные возникающие в процессе обработки результатов моделирования:

- Проблема начального переходного процесса. Оценка показателей работы РТС как стохастической системы. - Получение заданной точности показателя.

- Стагнация критерия в процессе оптимизации системы. Остановимся на каждом из вопросов более подробно. Проблема начального переходного процесса. Предпо

2.6. Анализ сборочно-сварочных РТС В данном параграфе рассмотрим следующий за синтезом РТС этап исследования - анализ гибкости производственной системы. Процесс синтеза РТС преследовал цель соблюдения разработанной системой при работе принципов непрерывности и пропорциональности. Принцип непрерывности реализуется в таких формах организации производственного процесса, при которых все его операции осуществляются непрерывно, без перебоев, и все предметы труда непрерывно движутся с операции на оп

2.7. Проектирование и моделирование работы оборудования На этапе концептуального проектирования РТС мы определили конструктивно-технологическую отдельным ее элементам. структуру Теперь системы, требования решить к необходимо задачу моделирования отдельных участков РТС. Этот процесс можно условно разбить на 3 шага: 1. Проектирование группы оборудования. 2. Построение модели группы оборудования. 3. Верификация проекта группы оборудования. Определим эти процессы более детально.

По завершении синтеза и анализа концептуальной структуры сборочно-сварочной РТС мы имеем возможность выдать рекомендации по технологическим и конструктивным параметрам для каждой из групп оборудования. Эти параметры являются результатом оптимизации структуры РТС по определенному критерию. Схематично взаимодействие следующим образом (см. рис.16): Концептуальный уровень Проектирование концептуальной схемы РТС Концептуальное моделирование: Определение тактов/циклов, объемов производственных запа

2.7.2. Проектирование участков оборудования сборочноСБарочных РТС Решение этой задачи не входит рамки нашего исследования и зависит от наличия опыта проектирования аналогичных отдельных объектов, деталей перечня и узлов доступного оборудования, конструкции собираемого РТС изделия и т.п. Как и было отмечено выше, мы не будем останавливаться на проблеме проработки технологии изготовления узлов конкретного изделия, обеспечивая тем самым универсальность предлагаемой методики при исследовани

В процессе построения моделей отдельных участков оборудования целесообразно разработать типовой набор гомологичных объектов (имеющих схожие свойства и поведение), аналогично тому, как мы это делали на концептуальном уровне. Преимущества такого подхода: повышается скорость разработки моделей; снижается вероятность возникновения ошибок при моделировании большого количества однородных объектов; повышается прозрачность модели. Наиболее важным вопросом, возникающим при моделировании работы обор

Данная

глава посвящена наиболее актуальным вопросам поиска оптимальных решений для сборочно-сварочных РТС. Наибольшее внимание в этой теме автор уделяет проблеме построения критерия, пригодного для адекватной оценки работы сборочносварочных РТС, подбору процедур поиска и методов оптимизации систем, а также адаптации выбранного метода для задачи синтеза структуры РТС с использованием имитационного моделирования.

3.1. Построение критериев оценки эффективности сборочносварочных РТС

3.1.1. Критерии, основанные на производительности РТС и загрузке оборудования Предположим, автоматических что сборочно-сварочная сборки-сварки, РТС состоит воедино из в линий соединенных соответствии с производственной технологией посредством транспортнонакопительных устройств (Описание и обоснование структуры типовой сборочно-сварочной РТС приведено в главе 4). Для оценки эффективности моделируемой структурой выберем основные с выходные помощью системы с заданной системы, характеристики

3.1.2. Анализ влияния структуры критерия на процесс поиска оптимальных решений Вопрос выбора структуры критерия зависит от:

- Постановки задачи синтеза РТС; выбранного метода построения плана экспериментов; - числа элементов РТС на концептуальном уровне. Проведем анализ и сформулируем рекомендации по выбору структуры критерия. Зависимость структуры критерия от постановки задачи синтеза. Очевидно, что простота критерия удобна с точки зрения прозрачности результатов оценки системы. Од

3.2. Сравнение методов оптимизации, применимых в имитационных моделях Согласно Р. Ариса [4]: «Оптимизация - это некое искусство, работа, требующая квалифицированного и изобретательного использования самых разнообразных приемов; и хотя ее результаты служат вполне практическим целям, процесс ее выполнения дает простор как эстетическим, так и практическим склонностям». В основу управления процессом оптимизации положен принцип оптимальности, который согласно Р.Беллману [6] может быть определен с

Размерность и многофакторность систем задач исследования необходимость работы подбора робототехнологических обуславливает эффективного и достаточно мощного математического инструментария. Необходимо найти решение как для способа моделирования работы комплексных сборочно-сварочных РТС, так и подобрать инструмент их оптимизации. При построении моделей сборочно-сварочных РТС мы используем имитационное моделирование как наименее чувствительный к задачам большой размерности аппарат. Для решени

3.3.2. Анализ эволюционных методов и генетических алгоритмов Генетические алгоритмы - сравнительно новая область исследований, которая появилась в результате работ Холланда и его учеников [96,97]. Она впервые была применена к таким проблемам как распознавание образов и оптимизация. Генетические алгоритмы, описанные Холландом, заимствуют в своей терминологии многое из естественной генетики. Генетический алгоритм - есть адаптивный поисковый метод, который основан на селекции лучших индивидуальн

3.3.3. Использование генетических алгоритмов для оптимизации сборочно-сварочных РТС Для поиска решений при синтезе концептуальной структуры сборочносварочных РТС с помощью генетических алгоритмов предлагается использовать следующие условия и допущения. Хромосому, описывающую каждую точку возможного решения, будут составлять гены, содержащие управляемые параметры системы. Общий вид хромосомы можно представить так: Таблица 6 Структура хромосомы при оптимизации сборочно-сварочнои РТС Локус Ге

ГЛАВА 4. ВНЕДРЕНИЕ МЕТОДИКИ В ИССЛЕДОВАНИЯХ И ОПТИМИЗАЦИИ СБОРОЧНОСВАРОЧНЫХ РТС В данной главе рассмотрим применение разработанной методики исследования и оптимизации типового примера сборочно-сварочной РТС, а также для решения одной из задач в рамках крупного проекта по проектированию и внедрению производства нового семейства автомобилей.

4.1. Исследование и оптимизация сборочно-сварочных РТС на типовом примере Для оценки применимости предлагаемой методики для сборочносварочных РТС пр

Проектирование и построение формальной модели РТС. В качестве объекта исследования выберем состоящую из четырех автоматических линий сборочно-сварочную робототехнологическую систему со следующей структурной схемой (Рис.

25): Обозначения: Линия 1 Межоперационные связи с накоплением Линии сварки со специальной оснасткой Линия 2 Линия 4 Линия 3 Линия 1 - сварка заднего пола (2 варианта, определяют тип выходного изделия Линии

4) Линия 2 - сварка переднего пола кузова Линия 3 - сварка

4.3.1. Создание имитационной модели производственного комплекса Для создания модели комплекса сварки использовался пакет имитационного моделирования еМ-Р1ап1 компании Теспотайх (Германия). ЭТО современная объектно-ориентированная среда разработки и использования моделей систем по своим функциональным возможностям удовлетворяет условиям поставленных задач. Исходные данные для моделирования При проектировании комплекса использованы следующие исходные данные: проектная мощность комплекс

При моделировании работы комплекса приняты следующие условия: время работы комплекса составляет 320 ч., что соответствует 4 неделям (2-х сменный рабочий день, 5 дней/неделю); для исключения влияния стартовых процессов на прогноз статистика по первому дню работы (16 час.) не учитывается; процесс сварки/сборки кузовов протекает без перерывов на обед, пересменку, технологических и т.п.; комплекс окраски «забирает» все сваренные кузова без временных ограничений. за годовой план выпуска принят ном