Лабораторный практикум

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

Для запуска алгоритма оптимизации технологической планировки оборудования вначале необходимо нажать на кнопку «Расчет», которая инициализирует нейронную сеть.

7)Сохранить проект.

8)Осуществить 5-7 запусков сети Хопфилда для оптимизации технологической планировки оборудования по критерию минимума грузооборота производственного подразделения.

Для этого нужно произвести несколько нажатий на кнопку «Step», которая осуществляет запуск циклической работы нейронной сети с использованием алгоритма имитации отжига с постепенным понижением «параметров температуры» системы Т. Обычно требуется не более 5-7 нажатий на кнопку «Step» для стабилизации состояния нейронной сети и, соответственно, получения варианта плана размещения технологического оборудования, оптимизированного по критерию минимизации грузооборота производственного подразделения.

Результаты расчетов, произведенных нейронной сетью за 100 циклов (в соответствии с программой обучения искусственной нейронной сети Хопфилда) своей работы после каждого нажатия на кнопку «Step», будут выведены последовательно в нижнем поле главного окна программы (рис. 16). Здесь в квадратных скобках для каждой единицы оборудования будет указан номер той площадки, на которой она должна быть расположена. Также производится вывод энергетической функции Е нейронной сети Хопфилда, соответствующей целевой функции F, решаемой оптимизационной задачи (9) и «параметра температуры» системы Т (11-13) (рис. 16).

Рекомендуется повторить указанную процедуру инициализации нейронной сети (кнопка «Расчет») и ее работы (несколько нажатий на кнопку «Step») для нахождения глобального минимума целевой функции задачи.

Примечание: полученные результаты расчетов можно сохранить в проекте, используя пункт меню «Файл» → «Сохранить» (рис. 17).

Открытие сохраненного проекта осуществляют, выбирая пункт меню «Файл» → «Открыть» (рис. 17).

9)Оформить отчет о выполненной работе.

10)Ответить на контрольные вопросы.

541

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

Рис. 17. Открытие и сохранение проектов

5.Контрольные вопросы

1)Как определить грузопоток между станками и грузооборот производственного подразделения?

2)Какова целевая функция решаемой задачи оптимизации технологических планировок оборудования?

3)Какова цель применения метода имитации отжига в приложении к решаемой задаче?

4)В какой последовательности осуществляется работа с программным продуктом «Планировка»?

5)Какое начальное состояние нейронной сети Хопфилда используется при решении задачи оптимизации технологических планировок оборудования?

6)Как функционирует нейронная сеть Хопфилда?

542

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

6. Требования к отчету

Оформить отчет, в котором необходимо привести следующие данные:

1)название и цель работы;

2)исходные данные по полученному варианту задания;

3)«скриншоты» – фрагменты окон заполнения баз данных в разделах «Список станков», «Список расстояний» и «Привязка»;

4)результаты, полученные при решении оптимизационной задачи для 5-7 запусков нейронной сети из разных исходных состояний;

5)выводы по работе.

7. Критерий оценки результатов

Критерии выполнения лабораторной работы на минимальный балл: лабораторная работа выполнена полностью с допустимыми погрешностями.

Критерии выполнения лабораторной работы на максимальный балл: лабораторная работа выполнена полностью без погрешностей и замечаний.

Критерии принятой лабораторной работы в диапазоне от минимального до максимального балла:

−неверные численные расчеты или неверная размерность результатов;

−полнота ответов на вопросы при защите лабораторной

работы.

Критерии дополнительных баллов за личностные качества:

−выполнение и защита лабораторной работы в срок на занятии по расписанию;

−соблюдение рекомендуемого стиля оформления отчета.

543

Раздел VI. Методы технического перевооружения производства

Список литературы

1.Селиванов С.Г., Гузаиров М.Б., Кутин А.А. Инноватика. Учебник для вузов. – М.: Машиностроение. 2008. – 721 с.

2.Селиванов С.Г., Гузаиров М.Б. Системотехника инновационной подготовки производства в машиностроении. – М.: Машиностроение. 2012. – 568 с.

3.Бунаков П.Ю. , Широких Э.В. Технологическая подготовка производства в САПР. – М.: ДМК Пресс. 2012. – 208 с.

4.J. Brownlee. Clever Algorithms: Statistical Machine Learning Recipes. – London: Lulu Enterprises, 2012 . – 354 p.

5.Метод моделирования и оптимизации планировок цехов бережливого производства средствами искусственного интеллекта. /В.В. Никитин, С.Г. Селиванов, М.А. Дружини-

на // Вестник УГАТУ. Т. 14, №4. – Уфа: 2010. – С. 139-144.

6.Problem Solving Optimization by Simulation of Annealing Temperature / M.V. Selivanova, K.Selivanov // 5th International Workshop on Computer Science and Information Technologies CSIT`2003, 16-19 Sept., Ufa, Russia, 2003, Р. 132-137.

544

Раздел V1. Методы технического перевооружения производства

Лабораторное занятие № 6.3

Тема: Выбор роботизированного технологического процесса

на сетевом графе и компоновка роботизированного производственного участка. (Деловая игра)

Содержание

Введение 1.Теоретическая часть.

2.Описание используемых комплексов

3.Задание

4.Методика выполнения задания

5.Контрольные вопросы

6.Приложения

7.Требования к отчету

8.Критерий оценки результатов Список литературы

Введение

Объектами исследования являются производственные участки механической обработки, а также процессы инновационного проектирования для коммерциализации технологических инноваций робототехники на предприятиях машиностроительного комплекса.

Предметом исследования являются методы анализа технологических компоновок робототехнических комплексов и производственных участков в цехах машиностроительного предприятия.

Методы исследования – деловая игра с использованием системы Excel.

Цель исследования - изучение метода многокритериальной оптимизации роботизированного технологического процесса на графе и компоновки роботизированного производственного участка для изготовления деталей агрегатных средств механизации зажима, которые входят в состав приспособлений.

545

Раздел V1. Методы технического перевооружения производства

Задачи исследования:

1)анализ сетевого графа роботизированного технологического процесса;

2)выбор компоновки роботизированного производственного участка машиностроительного предприятия.

1.Теоретическая часть

Особенности деловых игр. Одним из основных направлений подготовки специалистов, владеющих методами модернизации производства на основе его реинжиниринга, реструктуризации, реконструкции, технического перевооружения является применение активных методов обучения. Эти методы вырабатывают у студентов способности к быстрой ориентации в сложной быстро изменяющейся обстановке. Активные методы обучения в виде деловых игр позволяют студентам научиться собирать и анализировать исходные данные по конкретным практическим ситуациям инновационной деятельности, делать объективные выводы, самостоятельно выполнять расчеты, обосновывать необходимые рекомендации для различных ситуаций инновационного проектирования.

Деловая игра вырабатывает у студентов навыки формирования собственных предложений в процессе творческой дискуссии, их аргументации. Имитационный процесс разработки, принятия и реализации решения по выбору наиболее рациональной компоновки роботизированного производства, реализуемый в виде деловой игры, воспроизводит процесс согласования хозяйственных интересов, организационного взаимодействия различных служб предприятия.

Важной особенностью деловой игры является обязательное наличие противоречивых, противоборствующих факторов, соперничающих, состязающихся сторон, которые влияют на ход процесса разработки решения вследствие расхождения ведомственных интересов.

Деловая игра осуществляется за несколько этапов. На каждом из них участники анализируют изменения в системе, которые произошли в результате ранее предпринятых действий, разрабатывают решения на основе анализа вновь сложившихся

546

Раздел V1. Методы технического перевооружения производства

ситуаций с учетом характера поведения противоборствующей стороны.

Ситуации, рассматриваемые в деловой игре, могут быть типовыми (регулярно повторяющимися) и нетиповыми (конфликтными и бесконфликтными). В случае типовых ситуаций могут использоваться алгоритмы принятия решений, в случае нетиповых ситуаций участники игры вырабатывают и принимают самостоятельные решения.

Целью деловой игры является определение варианта компоновки роботизированного участка в условиях многокритериальной оптимизации с трудно формализуемыми критериями.

Структурная модель. На структурной схеме (рис.1 приложения) изображен фрагмент математической модели многовариантного графа маршрутных технологических процессов изготовления цилиндров агрегатных средств механизации зажима, который обработан с помощью ЭВМ и упрощен в целях выполнения данной деловой игры. Любой полный путь на графе (от начальной к конечной вершине) предопределяет возможный вариант технологического процесса изготовления изделия-представителя. Сдвоенные вершины графа определены спецификой изготовления данного изделия вначале как комплекта в виде отдельного корпуса гидроцилиндра (верхняя сдвоенная вершина графа), а также изготавливаемой и привариваемой (вершина 29) к корпусу специальной бобышки (нижняя сдвоенная вершина графа) для крепления штуцеров подвода жидкости. Сказанное предопределяет существенные различия вариантов производственного процесса.

Для количественного анализа графа его вершины (они характеризуют операции технологического процесса) нормируют по показателям штучного времени и приведенных затрат. В целях выбора рационального варианта технологического маршрута все возможные полные пути на графе выстроены в очередь (ранжируются) по возрастанию основного критерия оптимизации

–приведенных затрат (приложение, табл. П1).

Втаблице в учебных целях приведены только первые 10 наиболее эффективных для предприятия вариантов маршрутных технологических процессов из массива примерно в 0,5 млн.

547

Раздел V1. Методы технического перевооружения производства

возможных вариантов технологий, которые можно проанализировать и оптимизировать методами многокритериальной оптимизации на ЭВМ.

Каждый из полученных вариантов имеет значения не только величины приведенных затрат, но также штучного времени и других нередко трудноформализуемых критериев, о которых будет сказано в описании игровой модели.

В деловой игре на основании приведенных 10 вариантов технологических процессов требуется выбрать такой вариант компоновки роботизированного производственного участка, который обеспечит не только наибольшую народнохозяйственную эффективность, но и будет отвечать реальным ограничениям действующего производства.

Игровая модель включает:

−объект моделирования;

−состав участников деловой игры (игровой комплекс);

−описание основных параметров игровых объектов, взаимодействующих в игре;

−правила деловой игры;

−блок-схему последовательности проведения деловой игры;

−варианты возможной модификации деловой игры;

−дополнительную информацию.

Объект моделирования в виде разработанных отделом главного технолога перспективных технологических процессов представлен в приложении на рис.1 и в табл. П1.

2.Описание используемых комплексов

Вигровой комплекс входят 4 подгруппы студентов, отражающие интересы:

1. цеха предприятия, где намечено проведение мероприятий по созданию роботизированного производственного участка;

2. КБ робототехники отдела механизации и автоматизации;

3. бюро мощностей;

4. бюро планирования новой техники

548

Раздел V1. Методы технического перевооружения производства

и преподаватель – руководитель деловой игры, отражающий народнохозяйственные интересы. В данном случае преподаватель выполняет функции технического директора (главного инженера) предприятия.

Основные параметры действий игровых объектов определены следующим образом.

Цех (его представляет технологическое бюро) отвечает за своевременное внедрение участка, подбирает номенклатуру деталей для перевода их изготовления на создаваемый участок, отвечает за подбор и расстановку кадров, улучшение техникоэкономических показателей работы цеха. В связи с ограничениями в численности высококвалифицированных рабочихстаночников и решением задач роста производительности труда цех в первую очередь заинтересован в выборе такой компоновки участка, которая обеспечивает минимум численности рабочих.

В этой связи студентам данной подгруппы рекомендуется вначале рассчитать количество единиц оборудования и свести это оборудование в ведомость по каждому из 10 вариантов компоновки (см. данные табл. П1 и П2 приложения ). На этой основе рассчитать численность рабочих по каждому варианту компоновки. Результаты расчетов сводятся в таблицу выводов данного этапа с ранжированием вариантов компоновки по критерию численности рабочих.

Конструкторское бюро (КБ) робототехники отдела механизации и автоматизации отвечает за проектирование и своевременное внедрение робототехнических комплексов, обеспечивая тем самым высокий уровень автоматизации создаваемого производственного участка.

Этап проектирования включает: разработку конструкторской документации на «схват» и модернизированный модуль сдвига промышленного робота, магазин заготовок, бункер– накопитель обработанных деталей, механизм зашторивания станка, электрическую схему управления робототехническим комплексом.

Конструкторы КБ заинтересованы во внедрении максимального числа однотипных РТК, а также в получении наибольшего экономического эффекта, величина которого предопределят размеры премии по итогам работ.

549

Раздел V1. Методы технического перевооружения производства

На первом этапе деловой игры студенты данной подгруппы должны рассчитать количество единиц оборудования (см. данные рис.1 и табл.П1 и П2 приложения), на основании полученной ведомости оборудования необходимо выполнить ранжирование вариантов технологий ( из числа 10, предложенных в табл. П1) по критерию количества РТК в проекте.

Далее на основании результатов расчетов подгруппа должна построить линейчатые графики подготовки производства (проектирования, изготовления и внедрения РТК) в соответствии со следующими данными:

Полученные линейчатые графики, отличающиеся по срокам подготовки производства в зависимости от количества РТК в проекте участка, должны быть переданы в бюро планирования новой техники для обоснования народнохозяйственной эффективности мероприятий.

Бюро мощностей отвечает за разработку проекта технического перевооружения всего цеха в ходе реконструкции производства, т.е. несет ответственность за создание не одного, а нескольких участков цеха в целях максимального увеличения его производственной мощности под перспективные объемы производства новых изделий.

Бюро мощностей заинтересовано в таком варианте компоновки рассматриваемого роботизированного участка, который требует наименьших производственных площадей. Для решения вопроса о выборе наиболее предпочтительной компоновки студентам данной подгруппы необходимо рассчитать и свести в ведомость количество единиц оборудования по каждому варианту технологии (см. рис.1,табл. П1 и П2 приложения), определить площади различных вариантов компоновки роботизированного производственного участка с учетом данных по габаритам использованного оборудования (см. табл.П3, приложения), площадей проездов и выполнить ранжирование вариантов участков по данному критерию оптимизации.

550