Лабораторный практикум

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

Условие остановки работы алгоритма имеет два варианта. Первый вариант остановки алгоритма – достижение ожидаемого оптимального значения, т.е. данная хромосома является наиболее приспособленной из всей популяции. Второй вариант – выполнение заданного количества итерации (поколений). Если условие остановки выполнено, то происходит переход к завершающему этапу выбора «наилучшей хромосомы».

Таким образом, решается задача оптимизации технологических маршрутов (технологических процессов).

По результатам оптимизации технологических маршрутов по критерию минимума грузооборота можно приступать к решению задач по оптимизации технологических процессов. При этом приоритетными критериями оптимизации разработки маршрутных карт проектных технологических процессов выступают показатели ресурсосбережения.

Для осуществления структурной оптимизации технологических процессов наиболее приспособлены сетевые модели. Для решения на их основе задачи многокритериальной оптимизации в проектах технического перевооружения цехов приоритетным критерием является фондосбережение, так как «бережливое» производство предполагает минимальные капиталовложения в его создание.

Для оптимизации маршрутных карт проектных технологических процессов и разработки фондосберегающих технологий требуется разработка специального метода оптимизации, который может быть построен на основе логико-генетического метода.

Для автоматизации решения задачи многокритериальной оптимизации фондосберегающего технологического процесса на базе построения многовариантной структурной модели перспективных (проектных) технологических процессов предлагается использовать генетические алгоритмы, реализуемые в среде программирования MS Visual Studio 2008.

Как уже было сказано выше, логико-генетический метод [2, 3] предназначен для оптимизации структуры сетевого графа с помощью генетических алгоритмов. Таким образом, технологический процесс можно представить в виде сетевого графа, где

481

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

вершины графа – технологические операции обработки, а дуги определяют возможность их последовательного выполнения.

На основании данного тезиса продемонстрируем работу логико-генетического метода для решения задачи многокритериальной оптимизации проектных технологических процессов, отобранных на предварительном этапе анализа из числа вариантов технологических процессов с наименьшими значениями приведенных затрат или технологической себестоимости. В данном случае проектирования с помощью логико-генетического метода осуществляется выбор из названного массива оптимальных (по частному критерию) – фондосберегающих технологических процессов. Критерий оптимизации в этом случае должен минимизировать как величины производственных фондов, определяемые:

−по сумме капитальных вложений в запасы основных средств (оборудования, сооружений, устройств, зданий, дорогостоящих средств технологического оснащения) и

−по сумме запасов оборотных средств1 (материалов, топлива,

покупных полуфабрикатов, малоценной оснастки, заделов деталей, расходов будущих периодов),

так и величины использования фондов времени работы

оборудования и рабочих (Fд.о., Фр) . Наиболее рационально эти фонды времени используются при минимизации штучного или штучно-калькуляционного времени, проставляемых в маршрутных картах технологических процессов.

Таким образом, в математической модели целевой функции логико-генетического метода, при многокритериальной оптимизации фондосберегающих технологических процессов необходимо в первую очередь учесть следующие показатели:

−капиталовложения в оборудование, минимизация этого критерия (К min) позволяет обеспечить ресурсосбережение

1 Для технологического процесса изготовления одного и того же изделия по различным вариантам в данном случае условно принимается, что цеховые запасы оснастки, инвентаря, материалов, топлива, покупных изделий, заделов, расходы будущих периодов, которые определяют постоянную часть прямых капиталовложений на уровне цеха, а не на уровне производственных групп технологического оборудования участков есть величина условно постоянная и в расчетах проектных технологических процессов не участвует.

482

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

в использовании активной части основных производственных фондов по величине балансовой стоимости оборудования;

−площадей, минимизация этого показателя (П min) позволяет обеспечить ресурсосбережение в использовании пассивной части основных производственных фондов зданий и сооружений;

−штучного и штучно-калькуляционного времени, мини-

мизация этого показателя (tш-к min) обеспечивает наибольшую производительность труда и возможности фондосбережения для дозагрузки рабочих и оборудования за счет перевода на эти станки (оборудование, средства технологического оснащения) технологических операций, выполнявшихся ранее на физически изношенном и/или морально устаревшем оборудовании, которое подлежит

высвобождению (списанию, модернизации, передаче во вспомогательные производства, утилизации или сдаче в металлолом).

Дополнительными критериями оптимизации при разработке фондосберегающих технологических процессов могут быть показатели технического уровня технологических процессов [5, 6], которые характеризуют уровень интенсификации использования оборудования. Это – коэффициент загрузки оборудования, коэффициент сменности работы оборудования, уровень автоматизации оборудования и коэффициент выбытия физически изношенного и морально устаревшего оборудования, который используют в проектах реконструкции и/или технического перевооружения производства.

При разработке структурной многовариантной модели проектного технологического процесса в виде сетевого графа необходимо иметь в виду, что базовый технологический процесс, подлежащий замене, – это рабочий (базовый) технологический процесс, который ранее был реализован в цехе. Значения его параметров в вершинах графа определены существующим парком технологического оборудования, существующими режимами обработки, конкретными (фактическими) затратами на выполнение данного технологического процесса.

483

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

Дополнительные вершины графа, которые предусматривают изменение структуры технологических операций и обновление парка оборудования, определяют, исходя из возможностей выбора и использования высоких технологий, новых средств технологического оснащения и других технологических инноваций [5, 6].

Таким образом, программа «ТПП БП» позволяет оптимизировать технологические маршруты и проектные технологические процессы на основе использования логикогенетического метода по критериям капиталовложений в оборудование, площадей и штучного времени.

2. Описание используемых программных комплексов

Во время выполнения лабораторного занятия для решения задачи оптимизации технологических маршрутов (технологических процессов) можно использовать прикладной программный продукт «ТПП БП». На рис. 2 представлен интерфейс данной программы, которая выполнена в среде программирования MS Visual Studio 2008.

Рис. 2. Интерфейс программы «ТПП БП»

484

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

3.Задание

1.На основании фрагмента имеющегося сетевого графа (рис. 3), который определяет возможные варианты маршрутов (технологических маршрутов, технологических процессов) для выполнения технологического процесса обработки детали рассчитать оптимальный технологический маршрут с помощью использования программного продукта ТПП БП (рис. 2).

Рис. 3. Сетевой граф межцеховых технологических маршрутов для выполнения задания № 1 лабораторного занятия

2.На основании сетевого графа (фрагмент на рис. 4) возможных вариантов маршрутов с изменёнными

485

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

расстояниями между цехами (км) рассчитать оптимальный технологический маршрут с помощью использования программного продукта ТПП БП и сравнить, как меняется технологический маршрут в зависимости от изменения расстояний между цехами.

3.Принимая массу детали равной 8 кг, и изменяя настройки генетического алгоритма (рис. 6), например, для числа поколений – 4, размера популяции– 40, скрещивание – 30%, сравнить, как меняется результат расчета при поиске оптимального технологического маршрута (в заданиях 1 и 2).

4.Оформить отчет о выполненном занятии.

Рис. 4. Сетевой граф межцеховых технологических маршрутов для выполнения задания № 2 лабораторного занятия

486

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

4.Методика выполнения задания

1.Для работы с программным продуктом ТПП БП вначале необходимо сформировать матрицу смежности по рассматриваемому графу (рис. 3) и занести ее в файл input.txt в папку, где находится программный продукт. В табл. 1 представлена матрица смежности, вносимая в качестве входных данных. Она характеризует расстояния между цехами (км) для работы с программным продуктом ТПП БП. В первом столбце и в первой строке табл. 1 указаны номера вершин с 1-ой (фиктивной) по восьмую (фиктивную вершину), входящих в рассматриваемый сетевой граф (рис. 3).

Т а б л и ц а 1

Матрица смежности сетевого графа (рис. 3)

Примечание 1: Матрица смежности демонстрирует распределение связей между вершинами ориентированного графа производственных связей цехов и значения в виде величин расстояний между производственными подразделениями. В матрице, напротив, связи 1-1, 2-2, и т.п., характеризующие связь вершины графа «саму с собой» вписываем ноль.

Примечание 2: Расстояние между фиктивными вершинами принимаем очень большое в сравнении с реальными расстояниями, содержащихся в вершинах графа, например считаем равным 99 км (табл. 1).

Примечание 3: Матрицу смежности следует заполнять, начиная с первой (в нашем случае фиктивной) вершины сетевого графа, последовательно до последней вершины (в нашем случае это вершина № 8 - фиктивная).

2. Полученную матрицу заносим в файл input.txt, расположенный в папке, где находится рассматриваемый программный продукт. Реализация данных действий приведена на рис. 5. По умолчанию

487

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

число генов равно 4 (рис. 5), так как технологический маршрут формируется из 4-х позиций (вершин сетевого графа).

Примечание: после ввода данных в файл input.txt его следует сохранить, нажав вкладку файл → сохранить, либо нажать на крестик в правом верхнем углу, затем нажать левой кнопкой мыши Да, в появившемся диалоговом окне запроса сохранения изменений в файле.

3. Открываем программный продукт ТПП БП, «кликая» двойным

щелчком левой клавиши «мыши» по значку 01.exe. После этого откроется главное окно программы (рис. 6), которое позволяет производить оптимизацию технологических маршрутов с помощью логико-генетического метода (генетического алгоритма, оптимизирующего технологические маршруты на графах).

Рис. 5. Ввод данных в файл input.txt

488

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

Рис. 6. Главное окно программы оптимизации технологических маршрутов

С информацией, имеющейся по умолчанию (рис. 6): масса детали, скорость перемещения, стоимость перемещения, число поколений, размер популяции и процент скрещивания генов, можно согласится, либо внести вручную с клавиатуры в соответствующие ячейки, см. рис. 6.

4. Далее нажимаем кнопку левой кнопкой «мыши» Создать популяцию в левом нижнем углу окна (рис. 6), при этом формируется первичная популяция (рис. 7) и высвечивается сформированная выше (п. 1 методики выполнения занятия) матрица смежности. Затем нажимаем левой клавишей «мыши» кнопку Пуск в левом нижнем углу окна (рис. 7) и программа просчитывает все возможные варианты технологических маршрутов и находит оптимальный (рис. 8).

Примечание: следует обратить внимание на график, который показывает зависимость условия сходимости целевой функции от числа поколений, рис. 8. Таким образом, можно проанализировать при каком числе поколений k будет минимальный грузооборот или достигается целевая функция. Вследствие этого можно визуально определять наиболее приемлемый и оптимальный вариант.

489

Раздел V. Методы разработки технологических инноваций

Рис. 7. Работа программы оптимизации технологических маршрутов

Рис. 8. Определение оптимального технологического маршрута

5. Данный метод и программный продукт ТПП БП позволяет выполнить оптимизацию ведомостей технологических маршрутов (расцеховок) производства деталей машиностроительного предприятия по критерию минимума грузооборота. В данном случае (задание № 1 лабораторного занятия) минимальный грузооборот (рис. 8, вкладка Решение) характеризуется технологическим маршрутом: 1-3-6-8, который

490