Анотація

      В даній роботі розроблено передескізний  проект гнучкої виробничої системи, а саме, визначено оптимальну кількість  верстатів і накопичувачів, яка  забезпечує максимальний прибуток при  заданих початкових умовах. Робота виконана на 23 сторінках друкованого тексту, містить 5 рисунків, 2 додатки і список використаних джерел з 3 найменувань.

Зміст

Вступ  ……………………………………………………………. 5

1. Опис ГВС та постановка задачі   …………………………...…….. 6
1. Опис ГВС   ……………………………………………… 6
2. Постановка задачі   ……………………………………….. 9
2. Декомпозиція, агрегування та побудова математичної моделі ГВС    10
1. Декомпозиція та агрегування ГВС  …………………………. 10
2. Побудова математичної моделі ГВС  ……………….….. 13
3. Вибір оптимальних параметрів ГВС   ………………………….. 16
1. Побудова цільової функції ГВС  ………………………..… 16
2. Вибір оптимальних параиетрів ГВС   …………………… 17

Висновки    …………………………………………………………….. 19

Список  використаних джерел  …………………………………………. 20

Додатки   ……………………………………………………………… 21

А –  Лістинг програми оптимізації підприємства (гнучкої виробничої лінії) 21

Б –  Скріншот результату роботи програми  ……………………………. 23 
 
 

Вступ

      Припустимо  наше підприємство займається виготовленням  деяких деталей. Для повноцінного функціонування данного підприємства необхідні такі умови:

• Склад заготівок
• Склад деталей
• Цех виготовлення деталей
• Цех по обслуговуванню машин і т. д.

      В даній курсовій роботі  буде розглянута проблема  підвищення ефективності виробництва за рахунок гнучкої  системи виробництва. Для підвищення його прибутковості необхідно впровадження гнучкої виробничої системи, застосування  нової техніки та технологій. Одним з важливих етапів розробки такої системи є етап передескізного проектування, в якому визначається можливість впровадження  гнучкої виробничої системи з певними характеристиками.

      Метою данної курсової роботи є розробка передескізного проекту гнучкої автоматизованної виробничої системи. Також у процесі роботи  необхідно знайти кількість верстатів та ємність накопичувачів для лінії.

      Для цього нам задані наступні початкові  умови:

• інтенсивність потоку заготівок (71,51 загот/год );
• час обробки заготівки на верстаті (0,151 год );
• прибуток, який отримується при обробці однієї заготівки (5,7 грн);
• витрати на обслуговування одного верстата за годину (3,7 грн/год);
• витрати на обслуговування одного накопичувача за годину (1,7 грн/год);
• ємнкість накопичувача (10 шт.).

      Гнучка  виробнича система - система з комплексно-автоматизованим виробничим процесом, робота усіх компонентів якої координується як єдине ціле системою управління, яка забезпечує швидку зміну програм технічних засобів систем при зміні об‘єкту виробництва.

     1 Опис ГВС та постановка задачі

     1.1. Опис ГВС

      Гнучкі  виробничі системи (ГВС), які почали розроблятися у 60-х роках, стали реальним, новим, якісно відмінним етапом переозброєння промисловості. Це відкрило шляхи вирішення суперечності, яка склалася між високою продуктивністю і відсутністю мобільності обладнання масового виробництва та високою мобільністю і низькою продуктивністю універсальнах верстатів одиничного і серійного виробництва.

      Аналіз  діючих ГВС показує, що на них виробляються деталі партіями від 3 до 500 виробів. Проте на окремих ГВС виготовляються деталі партіями у декілька тисяч виробів.

      Досвід  упровадження гнучких виробничіх систем  показує, що вони забеспечують високу мобільність, майже рівну мобільності одиничного виробництва, високу продуктивність та низьку собівартість, котрі можна порівнювати з тими ж показниками масового виробництва, що практично стирає межі між ціми виробництвами.

      Гнучка  виробнича система – система з комплексно-автоматизованим виробничим процесом, робота усіх компонентів якої координується як єдине ціле системою управління, яка забезпечує швидку зміну програм технічних засобів систем при зміні об‘єкту виробництва.

      Досвід  створення і експлуатації гнучкої  виробничої системи свідчить про те, що ГВС забезпечує підвищення продуктивності праці та зниження собівартості виробів.

      Гнучка  виробнича система складається  із таких підсистем:

      технологічна  підсистема – сукупність взаємозв’язаних технологічних машин (верстатів з ЧПУ, роботів, маніпуляторів та ін.), які здійснюють формоутворення деталей в автоматичному режимі.

      транспортна підсистема – складається з транспортних та накопичувальних пристроїв, які здійснюють міжопераційне зберігання та доставку заготівок,  вироблених деталей та ін. до основного технологічного обладнання та складу. Також вона здійснює орієнтацію та установку заготівок чи виробів у потрібний момент часу на робочі позиції, зняття оброблених заготівок з обладнання і їх подальше транспортування за заданою адресою.

      підсистема  забезпечення інструменту – забезпечує оперативну підготовку, зберігання та контроль за станом: налагодження різноманітного інструменту, його відновлення (напилювання, заміна твердосплавних пластинок, заточення та ін.) і очищення; зборка інструменту; також забезпечує доставку інструменту та оснастки до основної технологічної лінії та ін.

      підсистема  контролю – забезпечує контроль технічних засобів ГВС і деталей: зберігання інформації про виготовлені вироби (їх конфігурації, технічні вимоги та ін.); різноманітну діагностику обладнання, яке входить до складу технологічної, транспортної, складської підсистем; налаштування контрольно-вимірювальних пристроїв; своєчасне виявлення браку; видача інформації з результатів контролю в систему керування.

      складська підсистема – підсистема, яка призначена для збереження запасу заготівок, інструменту та видачі їх у виробництво, а також накопичення та зберігання готових деталей. Вона забезпечує постачання технологічної підсистеми напівфабрикатами в підготовленому для транспортування вигляді та їх зберігання. Складування містить у собі прийом вантажу, його розміщення, збереження, накопичення і видачу, тобто прийняття з транспортної системи потоку виробів з одними параметрами і видача інших вантажів з іншими параметрами.

      підсистема  управління – здійснює оптимальне управління роботою технологічної підсистеми; управління підсистемами – транспортною, складською, інструментозабезпечення, контролю якості; оперативне планування завантаження обладнання; оперативний облік випуску та якості продукції; зберігання керуючих програм в довгостроковій та оперативній пам’яті ЕОМ; автоматизація контролю й коректування керуючих програм; збір, первинна переробка та зберігання технічної та технологічної документації в ЕОМ; розрахунок техніко-економічних показників роботи гнучкої виробничої системи; вихід зі збійних ситуацій за допомогою налагоджувальних команд та ін.  Вона здійснює управління технологічним та допоміжним обладнанням та управлінням планових завдань.

      Структурні  зв'язки в гнучкій виробничій системі представлені за допомогою схеми (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структурна схема гнучкої виробничої системи

      Наше  підприємство, далі «лінія», займається виготовленням деякої деталі, далі «деталь», для деякого механізму і є нерентабельним, маємо такі показники виробництва:

• інтенсивність потоку заготівок (71,51 загот/год );
• час обробки заготівки на верстаті (0,151 год );
• прибуток, який отримується при обробці однієї заготівки (5,7 грн);
• витрати на обслуговування одного верстата за годину (3,7 грн/год);
• витрати на обслуговування одного накопичувача за годину (1,7 грн/год);
• ємнкість накопичувача (10 шт.).

      Для виходу з кризи є багато різноманітних  кроків, які ведуть до різних змін у системі. Головною метою розробки проету є – зробити підприємство рентабельним.

      Для досягнення цієї мети існує декілька різних шляхів:

• скорочення часу виробничому циклу;
• впровадження нових технологій;
• зменшення витрат на сировину та ін.

      Найбільш  ефективним шляхом є впровадження нових  технологій, а саме  впровадження гнучкої виробничої системи (ГВС).

      Проблема  створення ефективного виробничого  процесу пов'язана з необхідністю обліку великої кількості факторів, умов й обмежень, що утворюють середовище прийняття рішень. Перетворення виробничої лінії в гнучку автоматизовану виробничу систему веде до комплексного й ефективного вирішення існуючих проблем і обліку цих факторів. 
 
 

     1.2 Постановка задачі 

      Існує проблема збитковості лінії. Підприємство може бути збитковим унаслідок наступних причин: великі витрати на виробництво; низька якість продукції; застаріле обладнання та малоефективна технологія; некваліфікований персонал; відстала організація праці; недосконалість методів виробництва; обмежена автоматизація;

      Необхідно довести можливість або неможливість побудови гнучкої виробничої системи з такими характеристиками.

      Для досягнення вказаної мети потрібно виконати наступні дії:

• описати систему;
• визначити проблеми та проблематики;
• виявити цілі та побудувати дерево цілей;
• провести декомпозицію системи;
• зробити її агрегування;
• побудувати математичну модель системи;
• розробити цільову функцію;
• вибрати потрібне рішення.

     2. Декомпозиція, агрегування та побудова математичної моделі ГВС

     2.1 Декомпозиція та  агрегування ГВС

      Для того щоб дослідити, спроектувати та виготовити яку-небудь систему необхідно її описати. Опис системи базується на розкладі (декомпозиції) об’єктів системи на складові частини та дослідженні цих об’єктів та їх складових.

      Гнучка  автоматизована система (ГАС) являє  собою складну виробничу систему, яка має розгалужену структуру  з розвинутими функціями та взаємозв’язками  між підсистемами. У нашому випадку  ГАС складається з наступних елементів:

• допоміжне обладнання, яке забезпечує повний автоматичний цикл всередені системи і зв’язок її з вхідними та вихідними потоками виробництва;
• робот маніпулятор, який може використовуватись в якості допоміжного подаючого та транспортуючого обладнання;
• верстат.

      Допоміжне обладнання, що включає в себе пристрої первинного орієнтування та створення  одношарового потоку деталей, вторинного орієнтування та фіксування положення деталей у просторі, транспортування і поштучної видачі в зону захвату.

      Верстат виконує основну функцію технологічного процесу – технологічно впливає  на об’єкти праці в автоматичному  режимі, що забезпечується, окрім програмно-керованого обладнання, також  наявністю та узгодженою працею інших модулів, які входять у технологічну підсистему.

      Декомпозицію  системи можна побачити на малюнку 2.

      Так як головною метою розробки передескізного проекту ГАС є визначення кількості верстатів та накопичувачів для отримання максимального прибутку при виробництві деталей, то детальний розгляд допоміжного обладнання не потрібний. Зараз ми можемо виконати агрегування системи. Поєднаємо всі пристрої для виробництва деталей в один елемент і назвемо його гнучким виробничим модулем.

      За  розвинутістю структури прийнята наступна п’ятирівнева класифікація ГАС:

1. гнучкий виробничий модуль;
2. гнучка виробнича лінія;
3. гнучка виробнича ділянка;
4. гнучкий виробничий цех;
5. гнучкоперебудовуваний завод.

      При виконанні данного завдання будемо розглядти ГАС як гнучку виробничу  лінію.

      На  основі аналізу визначених раніше проблем та  проблематик можна виявити певну систему цілей. Головною метою цього проекту є збільшення прибутку виробництва при мінімальних витратах. Для досягнення цієї мети треба зосередитись на цілій системі цілей, яка називається деревом цілей (рисунок 2).

      Гнучка  виробнича лінія – це сукупність двох або більше гнучких виробничих модулів, об’єднаних автоматизованими системами управління та транспортними системами. Схему агрегування системи можна побачити на малюнку 4.

       Декомпозиція ГВС

      Технологічна  система цеху являє собою паралельну конвеєрну систему , яка складається з N верстатів, K накопичувачів, транспортного конвеєра, проміжного складу та складу, де зберігаються заготівки та готові деталі (рисунок 3).

Рисунок 3 – Схема ГВС після декомпозиції

       Агрегування ГВС

      За  результатами аналізу системи можна  зробити висновок, що деякі елементи технологічної підсистеми можна об’єднати в окремі агрегати. Об’єднуючи транспортний конвеєр та накопичувач, отримуємо агрегат, який поставляє заготівку та зберігає її в накопичувачі. Об’єднуючи маніпулятор1, верстат і маніпулятор2, отримуємо агрегат, здатний самостійно подати заготівку на верстат, обробити її, перемістити готову деталь до проміжного складу. Замість сукупності систем ми отримали сукупність агрегатів (рисунок 4).

Рисунок 4 – Схема ГВС після агрегування

       2.2 Побудова математичної моделі

      Систему характеризують за прийнятими критеріями якості. Критерії дають змогу відрізнити один варіант системи від іншого відповідно до цілей. В даній курсовій роботі за критерій якості приймаємо максимальний прибуток. Тобто значення прибутку не повинно бути менше за 0. Серед альтернативних систем обирається та яка дає найбільший прибуток. 

      Система представляє собою систему масового обслуговування, яка призначена для обслуговування замовлень, які надходять до системи у випадкові моменти часу. Будь-який прилад який займається обслуговуванням заявок називають каналом обслуговування.

      Для того щоб побудувати таку модель потрібно спочатку розібратися з самим поняттям моделі та її видами. Модель – це деяка інша система, яка зберігає існуючі властивості оригіналу та дозволяє дослідження фізиичними чи  математичними методами.

      Використовування моделей зручне за наступними причинами:

• модель легше використовувати;
• модель значно дешевше оригінала;
• про модель ми можемо знати більше ніж про оригінал;
• при використанні моделі зменшується час дослідження.

      Усі моделі можна поділити на абстрактні та фізичні. Абстрактні моделі – це моделі в яких опис об’єктів та процесів виконується на якійсь мові. Матеріальні моделі реалізовані у вигляді технічних чи кібернетичних систем. Абстрактні моделі поділяються на словесні, графічні та математичні.

      Виберемо математичну модель, яка використовує мову математичних символів для опису системи.

      Робота  гнучкої автоматизованої системи  полягає в наступному:

• заготівка подається на гнучкий виробничий модуль;
• якщо верстат вільний, то заготівка обробляється та  передається до транспортної системи;
• якщо верстат зайнятий заготівка стає у чергу і чекає доки він не звільниться

      На  такому ж принципі засновані системи  масового обслуговування (СМО). При  розробці передескізного проекту гнучкої  автоматизованої системи (ГАС), вона подається у вигляді СМО. Так  як інтервали часу між заявками (деталями) у ГАС розподілені за експоненціальним законом розподілення її можна розглядати як найпростішу СМО.

      Математична модель – це така абстрактна модель , моделювання якої здійснюється математичною мовою.

      Користуючись  мовою математичних символів розробимо  математичну модель. Оскільки дана ГВС представлена за допомогою СМО, то і моделлю даної системи буе абстрактна математична модель, стани якої треба описувати за допомогою математичних формул теорії масового обслуговування.

      Дана  СМО  має такі стани (S):

      - S₀ - верстат не працює.

      - S₁ - працює один верстат.

      …..…………………………….

      - S_n – усі n верстатів працюють.

      - S_n+1 - усі n верстатів працюють, одна заявка стоїть у черзі.

      …..…………………………………………….

      - S_n+m - усі n верстатів працюють, m заявок стоїть у черзі.

      Взагалі стани системи обслуговування можна представити за допомогою графа, зображеного на малюнку 5, де l - потік заявок, m - потік обслуговування,

      n – кількість верстатів у черзі.

Рисунок  5 –  Граф багатоканальної СМО  з обмеженою чергою 

      Ця  схема дозволяє обчислювати ймовірності знаходження в тому чи іншому стані, для найпростішої СМО з відмовами. 
 
 
 

     3 Вибір оптимальних параметрів ГВС

       3.1 Побудова цільової функції ГВС

      Цільова функція – це функція, яка поєднує  характеристику якості функціонування з параметрами системи.

      Головну характеристику ефективності обираємо виходячи з мети системи, тому у якості узагальненої характеристики ефективності системи беремо максимальний прибуток. Таким чином критерієм якості системи є прибуток. На основі математичної моделі та обраного критерію якості будуємо цільову функцію.  

де  - прибуток; - доход; - витрати;

; де  - середня кількість заготівок, які обробляються; - доход від виготовлення однієї деталі;

; де  - витрати на утримання одного верстата; - кількість верстатів; - витрати на утримання одного накопичувача; - кількість накопичувачів;

; де  - інтенсивність потоку заготівок; - імовірність обслуговування заявки, яка надійшла;

; де  - імовірність відмови системи;

; де – кількість верстатів;

; де  - інтенсивність потоку обслуговування; - середній час обслуговування заявки;

; де  - імовірність знаходження системи у стані коли n верстатів працює та m заготівок знаходиться у черзі; - імовірність свобідності системи; - довжина черги; ; де - емкість накопичувача; - кількість накопичувачів;

;

  ;

       3.2 Вибір оптимальних параметрів ГВС

      Для оптимізації системи, використовуючи знайдену цільову функцію, створимо програмне забезпечення, яке буде, методом перебору, обчислювати оптимальну кількість накопичувачів та верстатів згідно з заданими умовами виробничої лінії, з виводом результатів у таблицю.

      З фрагмента виведеної таблиці (таблиця 1) видно, що найбільший прибуток досягається  при використанні 3 накопичувачів та 12 верстатів. При збільшенні кількості накопичувачів чи верстатів прибуток падає.

      Таблиця 1

      Результати  роботи програми будуть виводитись на екран монітору комп’ютера та у  текстовий файл. Всі функції використані для роботи програми розміщені в програмному модулі. Початковий код даного програмного забезпечення розміщений у додатку А. Скрін результату роботи програми зоображений на рисунку 1 у додатку Б. Де представлена таблиця варіантів кількості верстатів, накопичувачів та отриманого прибутку за даної комбінації.

      Висновки 

      В даній курсовій роботі  був розроблений  передескізний проект гнучкої виробничої системи з такими  характеристиками:

• інтенсивність потоку заготівок (71,51 загот/год );
• час обробки заготівки на верстаті (0,151 год );
• прибуток, який отримується при обробці однієї заготівки (5,7 грн);
• витрати на обслуговування одного верстата за годину (3,7 грн/год);
• витрати на обслуговування одного накопичувача за годину (1,7 грн/год);
• ємнкість накопичувача (10 шт.).

      Для цього були пройдені наступні етапи:

• описана предметна область системи;
• визначені проблема та проблематика;
• виявлені цілі та побудувано дерево цілей;
• проведена декомпозиція системи;
• зроблено її агрегування;
• побудувано математичну модель системи;
• розроблено цільову функцію;
• оптимізовано цільову функцію.

      Після виконання оптимізації системи ми підтвердили можливість впровадження гнучкої виробничої системи з заданними початковими характеристиками.

      Після аналізу результатів дії программи  ми з’ясували, що максимальний прибуток система буде приносити при:

• кількості  верстатів N = 12
• та кількості накопичувачів К = 3
• при цьому прибуток П = 356,98.

Список  використаних джерел 

1. Приходько С.Б. Індивідуальний комплект навчально-методичних матеріалів з дисципліни: «Системний аналіз об’єктів і процесів комп’ютеризації».- Миколаїв: НУК 2005.- 47с.
2. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ.- М.: «Высшая школа», 1989.- 360с.
3. Тимченко А.А. Основи системного проектування та системного аналізу.- Київ «Либідь», 2003.- 270с.