Карташов Леонід Євгенович. Моделювання гнучких виробничих систем з часовим резервуванням : дис... канд. техн. наук: 05.13.20 / Національний технічний ун-т України "Київський політехнічний ін-т". - К., 2005.
Анотація до роботи:
Карташов Л.Є. Моделювання гнучких виробничих систем з часовим резервуванням. – Рукопис.
Дисертація на здобуттянаукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.20 – Гнучкі виробничі системи. – Севастопольський національний технічний університет, Севастополь, 2005.
Дисертація присвячено питанням забезпечення продуктивності та надійності гнучких асинхронних автоматизованих лінії (ГААЛ).
Обґрунтовано актуальність задачі часового резервування. Розглянуто та проаналізовано деякі об'єкті дослідження з урахуванням особливостей їх структури та технологічного процесу.
У дисертації використовується ітераційний підхід до побудови математичних моделей. Побудовано модель ГААЛ з використанням функцій розподілу випадкових величин загального виду. Розроблено напівмарківські математичні моделі виробничої комірки, яка має постійний часовий резерв, і однопотокової синхронної автоматизованої лінії. На базі дифузійної апроксимації отримано вирази функції розподілу довжини черги в накопичувачі для стаціонарного та перехідного режимів.
Запропоновано модель планування виробництва з постійним фондом робочої сили, що дозволяє визначити мінімум витрат функціонування ГААЛ. Запропоновано критерій оцінки, що дозволяє оцінити вигідність збільшення місткості накопичувачів для ГААЛ в умовах експлуатації.
Розроблено структура та принципи реалізації діалогового програмного комплексу, призначеного для автоматизації розв'язання задач аналізу функціонування ГААЛ та їх елементів.
Загальним підсумком роботи є створення комплексу взаємозалежних моделей гнучких автоматизованих ліній і їх елементів. Конкретні результати роботи полягають у наступному.
1. На підставі аналітичного огляду теоретичних досліджень в області побудови моделей систем з часовим резервуванням визначені їх недоліки і сформульовані вимоги до математичного опису зазначених об'єктів. Виходячи з аналізу об'єктів дослідження виявлено, що закони розподілу часів між подіями в потоці відмов і відновлень у набагато краще апроксимуються законами Ерланга другого порядку. Обґрунтовано доцільність пошуку рішення з використанням ФР загального виду.
2. Побудовано напівмарківську модель виробничої комірки з часовим резервуванням, що припускає сталість часу резерву і дозволяє еквівалентно заміняти ділянки ГААЛ найпростішими елементами з визначенням ФР часу їх напрацювання на відмову і відновлення.
3. Розроблено математичну модель однопотокової двофазної синхронної автоматизованої лінії, що дозволяє при моделюванні ГААЛ замінювати синхронні ділянки однією коміркою. За допомогою методу математичної індукції дана модель була поширена на синхронну систему, що містить n елементів.
4. На базі розробленої моделі СМО і методу, що дозволяє робити апроксимацію дискретних процесів її функціонування неперервними з використанням імовірнісних наближень, побудовано модель накопичувача ГААЛ. Отримано вирази, що описують функціонування СМО в умовах стаціонарного і перехідного режимів, які дозволяють визначати функцію розподілу кількості заявок у черзі та математичне сподівання.
5. Отримано аналітичні вирази, що дозволяють визначати n-кратні композиції законів розподілу ненегативних випадкових величин, які найчастіше використовуються на практиці, зокрема, узагальнених законів Ерланга другого порядку.
6. На базі ітераційного підходу побудовано напівмарківські моделі ГААЛ, в основі яких лежить розроблений математичний опис елементів ГААЛ нижніх рівнів ієрархії. Побудовані моделі:
- оперують з функціями розподілу випадкових величин загального виду;
- враховують взаємний вплив елементів ГААЛ один на одні;
- обчислюють на виході ліній продуктивність з урахуванням надійності їх елементів, а також значення середніх довжин черг у накопичувачах, що дозволяє провести параметричну оптимізацію ГААЛ.
Моделі є відкритими, що дає можливість забезпечити стикування ГААЛ з елементами більш високих ієрархічних рівнів.
7. У рамках задачі оперативного планування виробництва запропоновано модель планування виробництва з постійним фондом робочої сили. Дана модель дозволяє визначити мінімум витрат функціонування ГААЛ, пов'язаних з оплатою праці постійних співробітників і вартістю використання міжопераційних накопичувачів. Модель дозволяє оцінити економічну доцільність введення в ГААЛ додаткових міжопераційних накопичувачів з метою досягнення заданої продуктивності. У цілому це дозволяє зменшити витрати на 30-40%.
8. Проведено оцінку адекватності побудованих аналітичних моделей ГААЛ за результатами виробничого і машинного експериментів, яка виявила достатній збіг теоретичних і експериментальних даних. Порівняння результатів аналітичного моделювання з результатами експерименту, проведеного на лінії складання силових агрегатів МеМЗ–245 (ХРП “АвтоЗАЗ-мотор”, Україна), дали відносну похибку коефіцієнта готовності і продуктивності 1,4%. Середня відносна похибка коефіцієнта готовності між аналітичною та імітаційною моделями 4,35%. У порівнянні з марківськими моделями ГААЛ точність визначення коефіцієнта готовності і продуктивності зросла в 2 рази.
9. Розроблено програмний комплекс розрахунку параметрів ГААЛ і їх елементів. Приведено ряд варіантів реалізації програмної системи, яка розрахована на кінцевого користувача і призначеної для розв'язання задач аналізу параметрів функціонування ГААЛ на ЕОМ.
10. Для одержання більш точної інформації про закони напрацювання та діагностики устаткування запропоновано пристрій для діагностики промислових роботів і маніпуляторів, які використовуються в існуючих ГААЛ.
Отримані в роботі результати можуть бути застосовані при синтезі та параметричній оптимізації гнучких автоматизованих виробничих систем, а також можуть бути складовою частиною в АСТПП.
Результати дисертаційної роботи впроваджено в навчальні процеси Севастопольського національного технічного університету та Севастопольського інституту ядерної енергії і промисловості. Результати дисертаційної роботи впроваджено також у ЗАТ “Корпорация Игросервис” м. Сімферополь, економічний ефект склав 27,3 тис. гривень.
Публікації автора:
Полумарковская модель производственной ячейки, снабженной временным резервом / В.Я. Копп, Ю.Е. Обжерин, Е.Н. Мащенко, Л.Е. Карташов // В кн. Вестник СевГТУ, Севастополь: Изд-во СевГТУ, 1996, №2, Сер. Автоматизация процессов и управление, с.41-53.
Особистий внесок – Склав напівмарківське ядро процесу марківського відновлення, вираз для ймовірностей переходу та функції розподілу часів перебування в станах. Отримав розв'язку задачі для случаю використання розподілу Ерланга.
Модель однопоточной гибкой автоматизированной линии / В.Я. Копп, Л.Е. Карташов, Ю.Е. Обжерин, А.Я. Передерий // Сб.научн. трудов Вестник СевГТУ “Автоматизация процессов и управление”, Севастополь: изд-во СевГТУ, 1997. - №7, с.64-70.
Особистий внесок – Побудував модель ділянки гнучкої автоматизованої лінії.
Оптимизация емкости накопителей автоматизированных линий в рамках задачи оперативного планирования / Л.Е. Карташов, В.Я. Копп, Шипилов Н.Ю. // СИЯЭП Сб.научн.тр. – Севастополь, 2002. – Вып.6. – с.143-150.
Особистий внесок – Поставив задачу оптимізації для однієї лінії протягом одного періоду оперативного планування. Застосував кусочно-лінійну апроксимацію. Розв'язав задачу оптимізації цільової функції як задачу лінійного програмування.
К вопросу об использовании закона Эрланга при моделировании производственных систем / Л.Е. Карташов, В.Я. Копп, Ю.Е. Обжерин, М.В. Замаренов // СИЯЭП Сб.научн.тр. – Севастополь, 2002. – Вып.7. – с.220-225.
Особистий внесок – Отримав аналітичні вирази, що дозволяє визначати n-кратні композиції законів розподілу, які найчастіше використовуються на практиці.
Анализ систем на основе диффузионной аппроксимации / Л.Е. Карташов, В.Я. Копп, Ю.Е. Обжерин, М.И. Мозолевский // Вестник СевГТУ , Севастополь: 1997. №5 с. 44 – 47.
Особистий внесок – Побудував дифузійну модель функціонування накопичувача. Отримав розв'язання дифузійного рівняння для стаціонарного і перехідного режимів функціонування.
Использовании закона Эрланга при моделировании автоматизированных производственных систем / Л.Е. Карташов, В.Я. Копп, О.В. Филипович, М.В. Заморенов // “Оптимизация производственных процессов” Сб.научн.тр Севастополь, 2003.- Вып.6. – с.163-171.
Особистий внесок – Отримав розв'язання задачі для случаю використання експонентного розподілу і розподілу Ерланга другого порядку.
Моделирование автоматизированных производственных систем на базе трехпараметрического закона Эрланга / В.Я. Копп, Л.Е. Карташов, О.В. Филипович, М.В.Заморенов // Zagadnienia dydaktyczne w srodowisku systemow informatycznych. Monografia pod redakcja Autoniego Swicia. Politechnika Lubelska, Lublin, Lubelskie Towarzystwo Naukowe, 2003. – с.117-126.
Особистий внесок – Отримав розв'язання задачі для случаю використання експонентного розподілу і розподілу Ерланга другого порядку.
System montazowy o strukturze szeregowo-rownolegtej z posrednimi magazynami / Ju.E. Obrzerin, W. Ia. Kopp, Ju. W. Doronina, L.E. Kartaszow // Technologia i automatyzacja montazu, kwartalnik naukow-techniezny, №3, 1997, Warszawa, producent ORB “Tekoma”, с.33-35.
Особистий внесок – Методом математичної індукції довів застосовність формул для лінії довільної довжини.
Parametry niezawodnosciowe funkcjonowania synchronicznych jednopotokowych linii automatycznych / W. Ia. Kopp, Ju.E. Obrzerin, L.E. Kartaszow // Technologia i automatyzacja montazu, kwartalnik naukow-techniezny, №2, 1997, Warszawa, producent ORB “Tekoma”, с.17-22.
Особистий внесок – Отримав формули для визначення інтенсивності потоку відмов і відновлень синхронної лінії.
А.с. №1565675 (СССР) от 22.01.90 г. Стенд для контроля перемещений промышленных роботов–манипуляторов / Погорелов Б.В., Карташов Л.Е., Пашков Е.В.
The probability model of Single-Thread Flexible Assembly Line / V. Kopp, A. Skatkow, N. Shipilow, Yu. Rapatskiy, L. Kartashow // Material of report on International Conference “CAD/CAM, Roboties and factories of the future”, St. Petersburg, Russia, May 17/20, 1993. – с.300-305.
Особистий внесок – Вивів рівняння середньої довжини черги і коефіцієнта готовності лінії.
W.Kopp, L.Kartaszow / Optymalizacja liczby zasobnikow buforowych w asynchronicznych liniach automatycznych przy operatywnym planowaniu produkcji. Zeszyty naukowe Politechniki Rzeszowskiej, NR 196, “Mechanika” z.59 , Modulowe technologie i konstrukcje w budowie maszyn, Rzeszow, 2002.
Особистий внесок – Поставив задачу оптимізації для однієї лінії протягом усього періоду оперативного планування. Розв'язав задачу оптимізації цільової функції як задачу лінійного програмування. Запропонував критерій для оцінки ефективності збільшення місткості.
