Системный анализ. 3
Аннотация
В данной работе рассматривается передескизный проект гибкой производственной системы (ГПС). Работа изложена на 27 страницах печатного текста, содержит 2 приложения, 6 рисунков, и список литературы.В результате работы определено оптимальное количество станков и накопителей, что обуславливает достижение главной цели работы – получение максимальной прибыли от выпуска массовой продукции с помощью ГПС.Работа выполнена на украинском языке.
Анотація
У даній роботі розглядається передескізний проект гнучкої виробничої системи(ГВС). Робота викладена на 27 сторінках друкованого тексту, містить 2 додатки, 6 рисунки, та список використаної літератури з чотирьох джерел. У результаті роботи визначена оптимальна кількість верстатів і накопичувачів, що обумовлюють досягнення головної мети роботи - одержання максимальногоприбутку від випуску масової продукції за допомогою ГВС.Робота виконана українською мовою.
Abstract
In the current work is considered draft design project of the flexible industrial system(FIS). The work is explained on 27 pages of the printed text, contains 2 applications, 6 drawings, and references from 4 sources. As a result of work the optimal amount of machine tools and drivers is defined,that causes reaching an overall objective of operation - obtaining of the maximumprofit. The operation is fulfilled on the Ukraine language.
Зміст
Вступ |
4 |
1 Опис ГВС, постановка задачі і виявлення цілей |
5 |
1.1 Основні поняття системного аналізу |
5 |
1.2 Опис ГВС. Склад і структура |
6 |
1.3 Опис проблеми |
9 |
1.4 Виявлення цілей та побудова дерева цілей |
10 |
1.5 Постановка задачі |
11 |
2 Склад, декомпозиція та агрегування ГВС |
11 |
2.1 Декомпозиція та агрегування ГВС |
11 |
2.1.1 Декомпозиція |
11 |
2.1.2 Агрегування |
12 |
3 Побудова моделі ГВС |
12 |
3.1 Поняття моделей |
13 |
3.2Обчислення характеристик найпростіших СМО |
16 |
3.3 Визначення критеріїв якості ГВС |
18 |
3.4 Побудова цільової функції ГВС |
18 |
3.5 Вибір оптимальних параметрів ГВС |
20 |
Висновки |
21 |
Список використаної літератури |
22 |
Додаток А |
24 |
Додаток Б |
27 |
Вступ
У даній роботі перед автором поставлена ціль отримання максимального прибутку від випуску масової продукції за допомогою ГВС та проблема збитковості виробництва. Слід розробити передескізний проект ГВС з наступними характеристиками:
– інтенсивність потоку заготівок (42.5 заготівок за годину);
- середній час обробки однієї заготівки на верстаті (0,151 години);
- витрати на обслуговування одного верстата за годину(2.51 гривні за годину);
- витрати на обслуговування одного накопичувача за годину(1,51 гривні за годину);
- дохід, який отримується від обслуговування однієї заготівки на верстаті (4.51 гривень);
- стандартна ємність накопичувача (10 заготівок).
Для досягнення цієї мети потрібно вирішити такі задачi:
- вивчити ПО;
- визначити проблеми та проблематики;
- виявити та побудувати деревоцілей:
- виконати декомпозицію ГВС;
- виконати агрегування ГВС;
- побудувати математичну модель ГВС;
- визначити критерії якості ГВС;
- побудовати цільову функцію ГВС;
1 Опис ГВС, постановка задачі і виявлення цілей
- Основні поняття системного аналізу
В системному проектуванні виникають нові задачі, які можна розв'язувати новими системними методами – за допомогою системного аналізу. Системний аналіз – методологія дослідження об’єктів, шляхом представлення їх у вигляді системи.Системний аналіз можна звести до уточнення проблематики, її декомпозиції щодо сукупності проблем, які розв'язуються шляхом деталізації цілей, побудови методів досягнення цих цілей за допомогою математичних та інших методів . Головною концепцією системного аналізу є системний підхід, тобто методологія вирішення складних проблем. Методологія –сукупність методів. Система – цілеспрямована сукупність взаємозв’язаних елементів, яка відокремлена від зовнішнього середовища і взаємодіє з ним як єдине ціле. Структура системи – відносно стійка фіксація зв’язків між елементами системи.
За походженням системи поділяють на:
- Змішані
- Штучні
За способом управління:
- З управлінням ззовні
(без зворотного шляху,
- Самоуправління (програмне
управління, автоматичне регулювання(з
адаптацію), з комбінованим управлінням(
За типом їх операторів:
- Чорний ящик(що всередині ми не знаємо)
- Параметризований клас
- Непараметризований клас
- Білий ящик
Етапи СА:
- Визначення конфігуратору (різноманітні мови опису)
- визначення проблеми
- розширення проблем до проблематики
- виявлення цілей
- формування критеріїв
- агрегування критеріїв
- генерування альтернатив
і вибір з використання
- дослідження ресурсних можливостей
- вибір формалізації для вирішення проблеми
- оптимізація
- декомпозиція
- спостереження і експерименти з системою, яка досліджується
- побудова систем
- використання результатів, проведення СА.
1.2 Опис ГВС. Склад і структура.
Важливе значення має кількісна оцінка різних властивостей, характеристик. Одною з таких виробничих складних систем є гнучка виробнича система.
Гнучка виробнича система (ГВС) - це виробнича система зі складною структурою, що у свою чергу має різні функції і взаємозв'язки між підсистемами. Робота усіх компонентів такої системи координується як єдине ціле системою керування, що забезпечує швидку зміну програми функціонування технічних засобів системи, при зміні об'єкту виробництва.
Виробнича система повинна добре адаптуватися до нових умов для того, щоб параметри функціонування виробничого процесу були постійно на потрібному рівні. Цю властивість називають гнучкістю.
ГВС складається із таких підсистем: технологічної, транспортної, складської, інструменто-забезпечення, контролю, управління. На рисунку 1 зображено структурну схему ГВС:
Рисунок 1 – Структурна схема ГВС
Технологічна підсистема – це сукупність взаємозв’язаних технологічних машин,які здійснюють формоутворення деталі в автоматичному режимі.
Транспортна підсистема-це транспортні та накопичувальні пристрої,які здійснюють міжопераційне зберігання та доставку заготівок, вироблених деталей та ін. до основного технологічного обладнання та складу.
Підсистема забезпечення інструментом- забезпечує переміщення інструменту,зберігання та налагодження інструменту, відновлення інструменту,очищення інструменту, зборка інструменту; контроль за станом крайок інструментів, що ріжуть та ін.
Підсистема контролю - забезпечує зберігання інформації про виготовлені вироби, налагодження контрольно-вимірювальних пристроїв, своєчасне виявлення браку, операційний та приймальний контроль якості, видачу інформації з результатів контролю в систему керування.
Складська підсистема- забезпечує постачання технологічної підсистеми напівфабрикатами в підготовленому для транспортування виді та їх зберігання.
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.
Зв’язки у системі ГВС:
Рисунок 2 - зв’язки у системі ГВС
Автоматичне виробництво займається обробкою заготівок. За виготовлену роботу виробник отримує максимальний дохід.
1.3 Опис проблеми
Аналіз сучасних виробничих
систем свідчить про те, що, незважаючи
на різноманітність продукції та
технологій її виготовлення, ці системи
мають низку спільних тенденцій
і проблем у своєму розвитку. Проблема – запит, який має чітко визначену,
поставлену мету, але шляхи досягнення
мети, на момент виникнення запиту, достатньо
строго не встановлені. Проблема
Рішення проблеми отримання максимального прибутку може полягати в удосконаленні технологічного процесу, реконструкції управляючої системи, введенні новітніх технологій або переході на нові види виробництва. Ефективність можна збільшити за рахунок введення технологій більш високого рівня, збільшення вимог до обслуговуючого персоналу та встановлення жорсткого контролю за якістю виконання усіх дій виробничого процесу та ін. Ще одним дуже ефективним способом підвищення рентабельності підприємства є перетворення його на гнучку виробничу систему. Процеси, які реалізують більшість технологічних систем, можуть бути розділені залежно від їх складності на: виробничий та технологічний процес. Виробничий процес - це сукупність усіх дій людей та знарядь виробництва, необхідних на підприємстві для виготовлення чи ремонту виробів. Проблема створення ефективності виробничого процесу, пов'язана з необхідністю обліку великої кількості факторів, що сприяють прийняттю рішень. Впровадження гнучкої виробничої системи сприяє комплексному та ефективному рішенню існуючих проблем і обліку цих факторів.
1.4 Виявлення цілей та побудова дерева цілей
Метою даної роботи є одержання максимального прибутку при забезпеченні початкових характеристик.Для досягнення цієї мети ціль можна розбити на підцілі. Дерево цілей - це наочне графічне зображення підпорядкованості та взаємозв’язку цілей, що демонструє розподіл загальної (генеральної) мети на підцілі, завдання та окремі дії.На рисунку 3 зображено дерево цілей:
Рисунок 3 – Дерево цілей
1.5 Постановка задачі
Виходячи з опису предметної області та проблематики задачею даної курсової роботи є розробити передескізний проект гнучкої виробничої системи.
Постановка задачі: максимальний прибуток від оптимальної кількості накопичувачів та верстатів .
Умова задачі: Визначити максимальну кількість верстатів та накопичувачів ГВС, якщо інтенсивність потоку заготівок λ=42,5, середній час обробки
t = 0,151год, а ємкість накопичувача К= 10. Втрата на обслуговування верстата Vн = 1,51 грн/год. Кожна заготівка, яка була оброблена на верстаті приносить дохідd = 4,51 грн.
2 Склад, декомпозиція та агрегування ГВС
2.1 Декомпозиція та агрегування ГВС
2.1.1 Декомпозиція
Декомпозиція – це операція ділення цілого на частку зі зберіганням признаку підлеглості. Основою будь-якої декомпозиції є модель системи, яка показана на рисунку 4.
Модель – це деяка інша система, яка зберігає істотні якості оригінала та припускає дослідження фізичними або математичними методами.
Декомпозиція складається
з наступних формальних блоків:
– визначення об’єкту аналізу;
– визначення цільової системи;
– вибір формальної моделі;
– визначення реферативної моделі основи.
Рисунок 4 – Модель системи після декомпозиції.
- маніпулятори
- Станки
2.1.2 Агрегування
Агрегування– це операція, яка є протилежною
декомпозиції, перетворення багатовимірної
моделі у модель меншої розмірності. При
проведенніагрегуванняпроявляєт
Потік
заготівок Потік виробів
Рисунок 5 –Модель системи після агрегування
3 Побудова моделі ГВС
3.1 Поняття моделей
Будь-яка проектна та дослідницька діяльність пов'язана з побудовою моделі. Для того щоб побудувати модель потрібно спочатку розібратися з самим поняттям моделі та її видами. Модель – деяка інша система, яка зберігає істотні якості оригіналу. Саме наявність етапу математичного моделювання є науковою основою процесу проектування. Моделювання – процес проведення експериментів на моделі, замість проведення експериментів на самій системі. В основі моделювання лежить теорія подібності, яка стверджує що абсолютна подібність може мати місце якщо замінити один об’єкт точно таким же. Моделі відображають певні характеристики об'єкта, необхідні для розв'язання проблеми. Передусім при проектуванні необхідно уявити функціонування майбутньої системи, зіставити її функціональні можливості з ресурсами та обмеження на них. Моделі поділяються на: фізичні та абстрактні. Фізична модель – пристрій, який дозволяє проводити дослідження процесу, який вивчається шляхом його заміни подібним йому процесом зі зберіганням основних законів. Абстрактна модель – модель, в якій опис системи здійснюється будь-якою мовою. Найбільш високий рівень формалізації забезпечують математичні моделі, які за допомогою математичних залежностей описують характеристики об'єкта, що вивчаються. Моделі поділяються на:
а) Неперервно-детерміновані
б) Дискретно-детерміновані
в) Неперервно-стахостичні
г) Дискретно-стахостичні
д) А-моделі
В основі моделювання лежить теорія подібності. Теорія подібності – теорія, яка вивчає умови, при яких забезпечується взаємна відповідність між моделлю та реальним об’єктом. Моделювання поділяється на: математичне та імітаційне.
Математичне моделювання – процес встановлення відповідності між реальною системою та її математичною моделлю з доступним дослідженням цієї моделі, для отримання певних характеристик системи, яка розглядається.
Імітаційне моделювання – математичне моделювання при якому система, яка вивчається змінюється її імітатором.
3.2Обчислення характеристик найпростіших СМО
СМО – будь-яка система, яка призначена для обробки заявок, які надходять до неї у випадкові моменти часу. (Бувають одно канальні та багатоканальні.) Заявка – надходить до системи. Канал – обробляє заявку. Найпростіша СМО – така СМО, в якій інтервали часу між заявками мають експанційний закон розподілу. Час розподілений за законом Пуасона. У даній курсовій роботі ми будемо використовувати математичну модель, яка використовує мову математичних символів для опису системи.
Робота ГВС полягає в наступному:
1) заготівка подається на гнучкий виробничий модуль;
2) якщо верстат вільний, то заготівка обробляється та передається до транспортної системи;
3) якщо верстат зайнятийзаготівка стає у чергу і чекає доки він не звільниться.
Характеристики СМО:
а) Абсолютна пропускна спроможність – середня кількість заявок, яка обслуговує за СМО одиницю часу. Визначається - А(заяв/год). Формула :
А= |
(1) |
б) Відносна пропускна спроможність – ймовірність обслуговування заявки, яка надійшла до СМО. Визначається Q. Формула:
Q= |
(2) |
в) Ймовірність відмови – ймовірність того, що заявка яка надійшла до СМО отримує відмову. Визначається - Рвідм. Формула:
Рвідм= 1-Q |
(3) |
Обчислення характеристик найпростіших СМО:
Найпростіша багатоканальна СМО з обмеженою чергою.
а) Ймовірність того, що система не працює
Ро=,де |
(4) |
(5) |
(6) |
Імовірність того, що СМО знаходиться у стані k:
(7) |
Абсолютна пропускна здатність:
A= |
(8) |
|
|
(9) |
, де
r – поточний індекс кількості заявок у черзі (кількість заявок = m);
Q=1-(17) |
(10) |
Pвід=(18) |
(11) |
Користуючись мовою
Дана СМО має такі стани (S):
– S0– верстат не працює;
– Si– працює один верстат;
– Sn– усі n верстатів працюють;
– Sn+1 – усі n верстатів працюють, одна заявка стоїть у черзі;
– Sn+m– усі n верстатів працюють, mзаявок стоїть у черзі.
Модель системи СМО з обмеженою чергою зображено на рисунку 6.
* – інтенсивність потоку заявок; * – інтенсивність обробки заявок у каналі.
Рисунок 6 - Модель системи СМО з обмеженою чергою
3.3 Визначення критеріїв якості ГВС
Критерієм якості даної виробничої системи є максимальний прибуток при фіксованій кількості верстатів та накопичувачів.
Іншим критерієм якості є сумісність із вже існуючими системами. Адже може відбутися і так, що впровадження нової, більш ефективної системи на місце старої спричинить повне знищення останньої і приведе до створення нової майже з нуля. Такий поворот може привести до великих витрат.
Ще одним критерієм якості є технічні характеристики, тобто її ефективність, надійність, безпека.
3.4 Побудова цільової функції ГВС
Цільова функція – це функція, яка поєднує характеристику якості функціонування з параметрами системи.
Нехай х це деяка альтернатива із множини альтернатив Х. Вважається, що для всіх х які належать до Х(х є Х) може бути задана функція q(x), яка називається цільовою функцією. Вона має властивості, що якщо альтернатива х1 більш краща за х2, то q(x1)>q(x2). Потрібно побудувати цільову функцію, за допомогою якої можна було би знайти оптимальну кількості верстатів і накопичувачів, при яких буде забезпечено максимальний прибуток. Прибуток визначається за формулою:
П = Д – В, |
(1) |
де Д – загальний прибуток, В – витрати на обслуговування верстатів та накопичувачів:
В =, |
(2) |
де – витрати на обслуговування одного верстата, – витрати на обслуговування одного накопичувача (n та k – відповідно, кількість верстатів і накопичувачів).Загальний прибуток обчислюють за формулою:
Д = Ad |
(3) |
де А– середня кількість заявок, які обслуговуються СМО за одиницю часу;
d –дохід від обробки однієї заготовки на верстаті.Середня кількість заявок, які обслуговуються СМО за одиницю часу обчислюють за формулою:
A= |
(4) |
де * – інтенсивність потоку заготівок за годину; – ймовірність того, що система знаходиться устані n+k (nзаявок обслуговуються, k – у черзі). Вона обчислюють за формулою:
(5) |
де k – довжина черги, n– кількість верстатів, - ймовірність того, що система знаходиться в початковому стані (СМО вільна), обчислюють за формулою :
Ро=, |
(6) |
де
(7) | |
(8) |
де * – інтенсивність потоку обслуговування; – інтенсивність потоку заявок;
Підставивши формули (2) – (8) в формулу (1) ми отримуємо цільову функцію (9), яка зв’язала прибуток з кількістю верстатів та накопичувачів:
) |
(9) |
3.5 Вибір оптимальних параметрів ГВС
Розроблено програму для обчислення цільової функції, взалежності від кількості верстатів та накопичувачів, яка представлена в додатку А. В результаті роботи програми отримано таблицюприбутків в залежності від кількості верстатів та накопичувачів:
Таблиця 1 – таблиця параметрів ГВС:
Де, n - кількість верстатів, аk – кількість накопичувачів.
Як можна побачити з таблиці, найбільш великий прибуток можна отримати при роботі двох (2) верстатів та одного (1) накопичувача (П=38,56од.вим).
Висновки
У даній роботі перед автором була досягнена ціль отримання максимального прибутку від випуску масової продукції за допомогою ГВС та вирішена проблема збитковості виробництва, а також був розроблений передескізний проект ГВС з наступними характеристиками:
– інтенсивність потоку заготівок (42.5 заготівок за годину);
- середній час обробки однієї заготівки на верстаті (0,151 години);
- витрати на обслуговування одного верстата за годину(2.51 гривні за годину);
- витрати на обслуговування одного накопичувача за годину(1.51 гривні за годину);
- дохід, який отримується від обслуговування однієї заготівки на верстаті (4.51 гривень);
- стандартна ємність накопичувача (10 заготівок).
Для досягнення цієї мети вирішені такі задачi:
- вивчена предметна область;
- визначені проблеми та проблематики;
- виявлено та побудовано дерево цілей:
- поставлена задача;
- виконана декомпозиція ГВС;
- виконане агрегування ГВС;
- побудована математична модель ГВС;
- визначені критерії якості ГВC;
- побудована цільова функція ГВС;
Список використаної літератури