Лабораторный практикум

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

Лабораторное занятие № 6.2

Тема: Оптимизация технологической планировки

оборудования в проекте технического перевооружения цеха c помощью искусственной нейронной сети Хопфилда

Содержание

Введение 1.Теоретическая часть.

2.Описание используемых программных комплексов

3.Задание

4.Методика выполнения задания

5.Контрольные вопросы

6.Требования к отчету

7.Критерий оценки результатов Список литературы

Введение

Объектами исследования являются процессы инновационной деятельности и разработки проектов технического перевооружения производства на предприятиях машиностроительного комплекса, которые необходимы для постановки на производство новых изделий.

Предметом исследования являются системотехнические методы анализа технологических планировок оборудования цехов машиностроительного предприятия, которые используют в АСТПП.

Методы исследования – методы многокритериальной оптимизации проектно-технологических решений с помощью средств искусственного интеллекта.

Цель исследования - изучение метода оптимизации технологических планировок оборудования в АСТПП с помощью искусственной нейронной сети Хопфилда для разработки инвестиционно-инновационных проектов.

511

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

Задачи исследования:

1)анализ методов искусственного интеллекта для применения в инновационной деятельности с использованием современных АСТПП для разработки проектов технического перевооружения производства; 2)практическое использование искусственной нейронной сети

Хопфилда для математического моделирования и оптимизации технологических планировок оборудования в проектах технического перевооружения машиностроительного производства.

1.Теоретическая часть

1.1.Основные сведения о проектах технического перевооружения производства. Техническое перевооружение производства, как правило, осуществляют в целях постановки на производство новых изделий (инновационной продукции). Оно предполагает коренной пересмотр технологических процессов на основе разработки проектных, перспективных и директивных технологических процессов. Такие комплекты технологической документации предусматривают применение новых более прогрессивных методов обработки (высоких и критических технологий) и средств технологического оснащения, улучшение заготовок, внедрение нового высокоавтоматизированного оборудования, прогрессивной технологической оснастки, многоинструментальных наладок, промышленных роботов и других инноваций.

Для унификации базовых, проектных (перспективных) технологических процессов, обеспечения гибкости производства, возможностей быстрой смены объектов производства проекты технического перевооружения могут также предусматривать:

−разработку типовых, групповых и модульных технологических процессов;

−использование мехатронного оборудования и другого оборудования с числовым программным управлением, гибких производственных модулей, роботизированных технологических комплексов, агрегатного оборудования и

512

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

другого переналаживаемого технологического оборудования и переналаживаемой технологической оснастки,

−применение концепции «умного производства» для использования средств искусственного интеллекта в управ-

лении технологическими процессами и производством. Комплексное применение таких мероприятий в инно-

вационных проектах технического перевооружения машиностроительного производства обеспечивает улучшение большинства технико-экономических показателей. Сказанное можно проследить на примере трендов1 роста производительности труда и/или снижения трудоемкости, рис.1 и табл.1.

Рис.1. Тенденции снижения трудоемкости изготовления изделий в проектах технического перевооружения производственных участков:

условные обозначения 1–7 приведены в табл.1

Кроме производственных участков объектами разработок в проектах технического перевооружения производства могут быть предприятия в целом, их филиалы и площадки, производственные корпуса, цехи и другие объекты производственной и организационной структуры.

Проектирование технического (технологического) перевооружения названных производственных подразделений в инновационных проектах часто осуществляют с помощью САПР.

1 Селиванов С. Г., Иванова М. В. Теоретические основы реконструкции машиностроительного производства. Уфа: Гилем, 2001. 310 с.

513

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

Функции, выполняемые САПР технологических планировок обычно следующие:

Таблица 1 Основные формы компоновки (планировки) производственных участков в проектах технического перевооружения производства

−построение изображения строительных элементов здания;

−выбор и размещение пользователем моделей технологического оборудования при выполнении норм технологического проектирования за счет использования различных темплетов (масштабированных ортогональных проекций) оборудования;

514

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

−выбор и размещение пользователем на чертеже технологической планировки оборудования моделей подъемнотранспортных средств и условных обозначений;

−организация диалоговой разработки чертежей технологических планировок оборудования (вставка любого элемента сопровождается диалогом с пользователем), в процессе которой можно изменить габаритные параметры моделей и (или) их атрибуты;

−автоматическая разработка спецификации используемых станков (оборудования) к чертежу разработанной технологической планировки производственного подразделения;

−обеспечение вывода подготовленного чертежа на твердый носитель при помощи плоттера или принтера в необходимом масштабе;

−использование существующих планировок: в качестве прототипов, например, при техническом перевооружении участка; в качестве фрагментов при создании технологических планировок, например, при проектировании планировки цеха из разработанных планов расположения

оборудования входящих в него производственных участков. Чертеж планировки оборудования в проекте (рис.2) является ответственным документом, так как на его основе осуществляется разработка многих других принципиальных документов и

разделов проекта:

−монтажного плана оборудования,

−дизайн-проекта или проекта архитектурно-художествен- ного оформления интерьера помещения,

−спецификаций оборудования,

−локальных смет на приобретение и монтаж оборудования,

−расчет объектных и сводных смет, определяющих сумму инвестиций и их эффективность по проекту в целом,

−технических заданий на проектирование специального оборудования и т.д.

Вэтой связи весьма важной задачей в проектах технического перевооружения является задача оптимизации проектов планировок. Для её решения применяют различные методы, из числа которых на данном лабораторном занятии мы

515

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

рассмотрим применение только методов искусственного интеллекта.

Рис.2. Технологическая планировка оборудования участка гибкой производственной системы (пример)

516

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

1.2. Разработка технологической планировки оборудования производственного участка на основе логико-генетического

метода оптимизации

Логико-генетический метод оптимизации планировочных решений состоит из двух взаимосвязанных частей: использования сетевых графов, характеризующих производственные структуры, и генетических алгоритмов для многокритериальной оптимизации. Для подтверждения данного тезиса приведем пример производственной структуры участка цеха, которая представляет собой сетевой граф (рис.3).

Здесь St – технологическое оборудование (вершины графа),

St = (St1, St2 , St3, ... , Stn), i = (1… n) , где i – индекс единицы технологического оборудования;

n – количество оборудования на производственном участке; Lcj – расстояния между оборудованием (ребра графа);

c, j – индексы единиц технологического оборудования;

R – материальные ресурсы, потребляемые участком (заготовки, полуфабрикаты, комплекты изделий);

V – объем выпуска продукции.

Для анализа и синтеза нового варианта графа можно использовать генетический алгоритм для оптимизации расстановки технологического оборудования производственного участка цеха.

Рис.3. Граф производственной структуры участка

517

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

Задача оптимального размещения технологического оборудования на производственных участках состоит в следующем. Исходная информация задается набором данных:

<W, L, n, N, m, mar, l, w>,

где W – ширина производственного участка; L – длина производственного участка;

n – количество моделей станков парка оборудования; N – приведенная программа выпуска деталей;

m – масса обрабатываемых деталей, m = (m1, m2 , m3, ... , mn ), i = (1,… n) ;

mar – маршруты обработки деталей; l – длина станка;

w – ширина станка.

l = (l1, l2, l3, ... , ln ), w = (w1, w2 , w3, ... , wn ), j = (1…,n) ,

где j – индекс единицы оборудования (станка),

n – количество моделей устанавливаемых станков.

Набор элементов <l,w> называется допустимой планировкой, если выполнены следующие условия:

-прямоугольники не перекрывают друг друга;

-прямоугольники не выходят за границы участка:

При выполнении условий допустимости требуется найти такую планировку оборудования, для которой суммарный грузооборот стремится к минимуму (Gi min ).

перемещения i-ой заготовки после j-ой операции; D – номенклатура деталей производственного участка; Oi – количество операций в технологическом процессе изготовления i-ой детали-представителя группы.

Ограничениями являются размеры участка: W - ширина участка; L - длина участка.

518

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

Кроме задачи однокритериальной оптимизации нередко возникают задачи многокритериальной оптимизации технологических планировок оборудования участков в проектах технического перевооружения производства.

В ходе моделирования и решения задач многокритериальной оптимизации производственных участков была установлена зависимость [5] грузооборота (G) от занимаемой площади (S) (рис.4). Из рисунка видно, что при минимальной величине грузооборота величина площади не достигает своего минимума. Такая ситуация является классической при использовании методов многокритериальной оптимизации. Отсюда полученная зависимость позволяет определять Паретооптимальные планировочные решения в рамках логикогенетического метода.

Рис. 4. Зависимость грузооборота от площади: у – соответствует G, а х – величине S

На основании многокритериальной оптимизации с использованием логико-генетического метода можно разрабатывать исполнительные чертежи технологических планировок оборудования, которые могут быть использованы для монтажа оборудования цехов.

519

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

Для практического решения данной задачи можно воспользоваться названными на рис.5 программными продуктами для оптимизации расположения технологического оборудования.

Рис.5. Интерфейс пакета прикладных программ АСТПП

Для назначения приоритета критериев оптимизации рекомендуется ввести весовой коэффициент для грузооборота в соответствующее поле формы. Остальная информация, а именно: длина и ширина участка, число поколений, размер популяции заносятся вручную.

В данном алгоритме решение задачи представляется в виде хромосомы, генами которой являются номера станков, поэтому перед началом работы каждой единице оборудования присваивается номер.

На этапе формирования начальной популяции, хромосомы создают случайным образом как комбинации чисел от 1 до n, где n – количество расставляемых станков. Каждая хромосома представляет собой возможный вариант взаимного расположения оборудования на производственном участке.

Оценивание приспособленности хромосомы в популяции состоит в расчете функции приспособленности (целевой функции), т.е. в расчете нормированного методами многокритериальной оптимизации значения суммарного грузооборота

520