Управление дискретными процессами в ГПС
Оглавление
К читателю
Предисловие
Глава 1. Гибкое автоматизированное производство как объект моделирования, планирования и управления
1.1. Структура и функции гибкого автоматизированного производства
1.2. Иерархия задач оперативного управления и планирования в производственной системе
1.3. Общая характеристика гибких сборочных систем
1.4. Методы решения задач оперативного управления процессами в ИПК
1.5. Методы формализованного описания объекта управления
1.6. Конечно-автоматная интерпретация управления производством
1.7. Модифицированные сети Петри как аппарат для моделирования процессов в ИПК
1.8. Классификация и структура производственных процессов
Глава 2. Расширение сетей Петри для синтеза и анализа дискретных процессов в ГПС
2.1. Особенности построения управляющих процессов
2.2. Направления модификации сетей Петри
2.3. Иерархические раскрашенные сети Петри
2.4. Типовые блоки раскрашенных сетей Петри (I модификация)
2.5. Сетевые модели производственных процессов (II модификация)
2.6. Анализ условий организации производственного процесса по его сетевой модели.
2.7. Синтез алгоритмов управления производственными процессами ГСС
2.8. Программные средства типовой системы оперативного управления материальными потоками в ГПС «ДИСПЕТЧЕР-1»
Глава 3. Управление конкурирующими процессами
3.1. Динамическое обнаружение критических состояний и предупреждение тупиков
3.2. Маркированный поточный граф (МПГ) — модифицированный класс сетей Петри
3.3. Разработка и оценка функционирования производства интегральных схем
Глава 4. Моделирование состояний «Операция—ресурс» на основе модификаций сетей Петри
4.1. Сетевые модели «Операция—ресурс» (О/Р-сети)
4.2. Спецификация состояний элементов производственной системы STA-TESPEC
4.3. Автоматизация управления конвейерными транспортными системами
Глава 5. Автоматизация имитационного моделирования процессов в ГПС
5.1. Моделирование процессов в ГПС
5.2. Общие принципы автоматизированного моделирования
5.3. Гибридные интеллектуальные системы моделирования
5.4. Реализация систем логического вывода на базе модифицированных сетей Петри
5.5. Стратегии организации направленных экспериментов
Глава 6. Имитационные модели в задачах анализа и Синтеза ГПС
6.1. Имитатор транспортной системы с автоматическим адресованием (AGVS-имитатор)
6.2. Система моделирования ГПС
6.3. Автоматизированная система «Консультант» (ADVISER)
Глава 7. Моделирование процессов автоматической сборки
7.1. Сборочный процесс как объект дискретного управления и моделирования
7.2. Особенности взаимодействия деталей в процессе автоматической сборки
7.3. Методы совмещения сборочных компонентов
7.4. Локальные устройства с пассивной и активной коррекцией
7.5. Сборочный процесс как временная последовательность контактного взаимодействия объектов сборки
7.6. Динамические модели взаимодействия соединяемых деталей
7.7. Модели виброударного взаимодействия деталей при роботизированной сборке
7.8. Имитационное моделирование процесса взаимодействия деталей при роботизированной сборке
7.9. Программный комплекс имитационного моделирования роботизированной сборки деталей
Глава 8. Сетевые модели функционирования ИПК
8.1. Формализация задачи управления ИПК
8.2. Построение формализованного описания структуры алгоритма организации управления ИПК
8.3. Анализ организации управления ИПК
8.4. Синтез алгоритмов оперативного управления ИПК
8.5. Расчет временной задержки в сети верхнего уровня
Список литературы
Предисловие, краткое описание
Тенденция к расширению сферы применения мелкосерийного и индивидуального производства в машино- и приборостроении привела к необходимости ускоренного создания и освоения гибких производственных систем (ГПС). Внедрение ГПС требует разработки методов системного анализа и теории моделирования сложных систем. Однако методологические аспекты построения и исследования ГПС еще недостаточно разработаны, а опыт их создания и внедрения в промышленность слабо освещен в технической литературе. В частности, не нашли отражения направления развития математических методов проектирования и моделирования процессов дискретного производства, создания средств программной поддержки управления подсистемами ГПС, а также опыт передовых зарубежных стран при решении перечисленных проблем. Это не позволяет сопоставлять уровень и место теоретических изысканий и прикладных разработок в этой области как у нас в стране, так и в других странах. В первую очередь сказанное относится к исследованиям в области развития прикладной теории сетей Петри как мощного и универсального математического аппарата для интерпретации процессов в ГПС.
Трудность прямого использования классического аппарата сетей Петри в задачах синтеза и анализа дискретных процессов в ГПС обусловлена тем, что традиционной областью его применения (для которой он по существу и был создан) являются процессы в вычислительных комплексах. Вместе с тем, разработанный для этих целей математический аппарат иерархически раскрашенных сетей Петри при дальнейшем его расширении и модификации можно успешно использовать при моделировании процессов в ГПС, облагающих конвейерностью, цикличностью, асинхронностью и дискретностью. В частности, при моделировании процессов в ГПС необходимо предупреждать возникновение блокировок в структурах, работающих в режимах реального программирования систем управления. Для этого были разработаны принципы задания приоритетов ресурсам и процессам в производственных системах и на базе сетевых моделей технологических процессов созданы механизмы синхронизации взаимодействующих конкурирующих процессов. Такой подход к исследованию ГПС подготавливает основу для создания алгоритмов синтеза соответствующих процедур управления, а сетевые модели процедур управления в свою очередь — для автоматизированного построения адаптивных систем управления реального времени.
Использование сетей Петри в задачах программирования и управления производственными системами связано также с необходимостью сопряжения моделей отдельных элементов системы (например, «входы/выходы» сигналов управления датчиков и исполнительных механизмов). Так появилась новая модификация сетей Петри — маркированные поточные графы (МПГ), с помощью которых решается задача безопасности и возможности сопряжения элементов (модулей) ГПС.
Задача автоматизированного синтеза алгоритмов управления процессами в ГПС обычно рассматривается как состоящая из двух подзадач: формирования процедур управления, отражающих допустимые реализации управляемых процессов, и разработки алгоритмов управления, отражающих реализации управляемых процессов. Суть первой задачи — разработка алгоритма, который по исходным данным, т. е. некоторой спецификации управляемой системы, построит динамическую модель поведения системы управления; суть второй — поиск стратегии управления, приводящей к оптимальной реализации управляемого процесса, т. е. реализации, удовлетворяющей заданным критериям качества в терминах оценки поведения системы. Используя некоторые приемы организации последовательности проведения логического анализа описаний для основных элементов системы, хранящихся в БД, с последующей их интерпретацией в сетях Петри, а также проверкой и устранением противоречий в описании логики управления, можно разработать методики синтеза алгоритмов управления для задач автоматизированного программирования производственных контролеров и построения интерактивных систем проектирования и планирования производственных процессов.
Дальнейшим развитием сетей Петри, связанным с конкретными задачами моделирования технологических и производственных функций ГПС, являются редуцированные графы достижимости (РГД), для которых в общем случае количество достижимых маркировок может быть достаточно большим. При этом исследовать граф достижимости в классическом представлении сетей Петри ^невозможно. В результате использования РГД можно не только получить более компактную модель системы, но и более полно отразить поведение переменной, характеризующей состояние системы.
С помощью еще одной разновидности модифицированных сетей Петри (типовых сетевых блоков и конструкций) можно анализировать процессы и подпроцессы в одной из наиболее трудно формализуемых стадий производства изделий — сборке. Такой подход к анализу и синтезу сборочных процессов и процедур управления ими, основанный на моделировании с помощью типовых сетевых конструкций, позволяет получать заведомо корректно сформированные модели, обладающие свойством живости и безопасности, а следовательно, не требующие для своего построения и анализа трудоемких методов проверки. В результате пользователь может за относительно малые промежутки времени и при ограниченных машинных ресурсах решать задачи автоматизированного оперативного управления, диспетчирования материальных потоков, оперативного регулирования и корректировки планового задания, автоматизации учета состояния производства и передачи информации в иерархической системе управления ГПС, выбора структуры транспортной сети и технологической планировки ГПС. Однако, определение уровня эффективности использования, стратегии изменения правил диспетчирования объектов по обрабатывающим ресурсам и принятия окончательного решения остается за пользователем. Вместе с тем возникает потребность в проверке альтернатив и поиске лучших из них по заданным критериям. Примерами эффективных средств компьютерной поддержки исследование отдельных элементов и ГПС в целом являются AGVS-имитатор для решения задач синтеза и анализа транспортных систем с автоматическим адресованием, а также система моделирования и оценки функционирования (СМОФ) ГПС, в основе которых также лежит аппарат модифицированных сетей Петри.
Если задача трудно формализуема, размерность области поиска велика, параметры заданы нечетко, то целесообразно организовывать взаимодействие модели с системами технической имитации интеллекта (экспертными системами и т. п.). Однако, одну из трудноразрешимых задач при создании систем автоматизации имитационного моделирования (САИМ) представляет организация непосредственного взаимодействия процедур логического вывода с аналитическими оптимизационными процедурами (в многокритериальных методах оптимизации — для сокращения времени обработки трудноформализуемых ситуаций и т. д.). При этом необходимым условием взаимодействия является наличие процедур согласования и механизма синхронизации. Процедуры синхронизации служат для преобразования числовых данных на основе результатов логического вывода, а также для смысловой интерпретации текущих значений числовых параметров и подготовки условий (посылок) логического вывода. Необходимость таких процедур обусловлена тем, что аналитические процедуры в методах оптимизации оперируют с числовыми данными, тогда как процедуры логического вывода — обычно с символьными; даже если логические процедуры используют числовые значения, то, как правило, эти числовые значения переменных и факты в логических условиях не совпадают. Механизм синхронизации состоит в обеспечении необходимого чередования, временного разделения и/или распараллеливания отдельных процедур. В качестве аппарата реализации механизма синхронизации можно эффективно использовать модификацию сети Петри (в том числе при реализации встроенных логических процедур в комбинированных алгоритмах управления экспериментами), разработанные для этих целей простые и нечеткие сети Петри, моделирующие функционирование систем правил продукции. Другим примером построения систем, кроме САИМ, обеспечивающих функции советчика при разработке ГПС, является автоматизированная система ADVISER, пользователь которой может выбирать оптимальные (рациональные) проекты и эксплуатационные решения.
К наиболее трудоемким и малоавтоматизированным на предприятии относятся сборочные процессы. Это объясняется как многообразием этих процессов и объектов сборки, так и отсутствием полных формализованных представлений о них. Основной функциональной единицей сборочной системы является роботизированная сборочная позиция, поэтому особый интерес представляют результаты разработки как новых методов и средств выполнения локальных сборочных операций с помощью ПР (сборочных модулей с удаленным центром податливости, работающих на эффекте виброударного (высокочастотного) взаимодействия собираемых деталей), так и адекватных реальным процессам моделей, описывающих динамику сборки. В качестве нового инструментального средства для исследования сборочных процессов можно предложить модель, представляющую собой временную последовательность ситуаций контактного взаимодействия объектов сборки. Эта модель позволяет интерпретировать сборочный процесс в виде набора дифференциальных уравнений, приведенных к виду, удобному для решения численными методами на ЭВМ. Комплекс программных средств SBORKA-1 позволяет осуществлять имитационное моделирование различных условий совмещения собираемых с помощью ПР деталей, в том числе и явление заклинивания. Вместе с тем, пользователь может рассчитывать основные конструктивно-жесткостные параметры сборочной системы и технологические режимы сборки с дальнейшей их оптимизацией.
Объективные условия развития современного производства требуют разработки и внедрения АСУ инженерно-производственными комплексами (ИПК). Этим обусловлен комплексный подход к планированию и управлению процессами разработки и выпуска изделий — от подготовки конструкторской документации до производства готовой продукции. Если проблемы, связанные с формализацией технологических процессов и организационно-технического управления изготовлением изделий, в определенной мере описаны в научно-технической литературе, то методологические аспекты разработки формализованной модели процессов в ИПК на стадии конструкторской подготовки производства (КПП), отражающей иерархию и организацию движения информационных потоков по имеющимся ресурсам конструкторско-технологических подразделений ИПК, не исследованы в необходимой для практического использования мере и сведения о них в технической литературе отсутствуют. Это касается работ, связанных с решением задач синтеза структуры подразделения, необходимой для выполнения плановых заданий, а также разработки корректных алгоритмов организации управления ИПК на стадии КПП с учетом не только должностных характеристик и профессиональной подготовки разработчика, но и его индивидуальных творческих возможностей. Иными словами, задача разработки и внедрения ИПК сводится, во-первых, к построению иерархически раскрашенных сетей, которые удовлетворяют условиям живости и безопасности, с помощью которых выбирается оптимальное количество исполнителей (позиций) каждой квалификации для выполнения планового задания в минимальные сроки; во-вторых, к разработке алгоритма организации управления уже сформированной функциональной структурой конструкторского (технологического) подразделения на плановый период.
Авторы данной книги сделали попытку обобщить и систематизировать сведения, касающиеся рассмотренных вопросов, таким образом, чтобы читатель смог, с одной стороны, проследить номере углубления в проблематику ГПС развитие сетевых методов исследования сложных организационно-технических систем, какими являются ИПК, а с другой, — убедиться во взаимном дополнении и обогащении теории сетей Петри и на ее основе методов моделирования, планирования и управления производственными процессами различными научными школами некоторых стран мира.
Участие авторов в подготовке русского издания распределилось следующим образом: предисловие, гл. 1, гл. 2 § 5—9 и главы 5, 7 и 8 подготовлены Л. С. Яммольским; гл. 2 § 1—4 — А. В. Борусаном; материалы гл. 3 любезно предоставили Б. Крог, гл. 4 — К. Хасегава, К. Такахаши, гл. 6—3. Банашак.
Авторы выражают глубокую признательность акад. АН Украины В. И. Скурихину за высказанные замечания и предложения, направленные на улучшение структуры и содержания книги.
Авторы благодарят сотрудников кафедры Технической кибернетики Киевского политехнического института А. А. Лаврова, К. Б. Остапченко, С. А. Хмельницкого и А. Н. Домрачева за предоставление законченных результатов своих исследований, выполненных под руководством Л. С. Ямпольского, а также за помощь в подготовке рукописи к изданию.
Скачать книгу:
Управление дискретными процессами в ГПС — Ямпольский Л. С. Банашак З. Хасегава К. Крог Б. Такахаши К.
Категория:
- Войдите, чтобы оставлять комментарии